PL186495B1

PL186495B1 - Sposób zwiększania nośności gruntów fundamentowych pod budynki

Info

Publication number: PL186495B1
Application number: PL97333798A
Authority: PL
Inventors: Carlo Canteri
Original assignee: Uretek Worldwide Oy
Priority date: 1996-12-02
Filing date: 1997-11-27
Publication date: 2004-01-30
Also published as: ES2132983T3; JP2001510514A; CA2273345A1; ATE250170T1; ITMI962520A1; US20020098042A1; IT1286418B1; EP0851064B1; AU731637B2; DE69724994D1; DE69700280D1; GR3030659T3; US6634831B2; EP0941388B1; EP0941388A1; JP3916091B2; EP0851064A1; DK0851064T3; AU5751998A; SI0851064T1

Abstract

1. Sposób zwiekszania nosnosci gruntów funda- mentowych pod budynki, w którym wykonuje sie wiele rozstawionych wzgledem siebie otworów gleboko w gruncie pod fundamentem zbudowanej konstrukcji i co najmniej w gruncie fundamentowym, którego no- snosc ma byc zwiekszona, w którym grunt fundamen- towy stanowi masa gruntu pod fundamentem zbudowa- nej konstrukcji, która ma podtrzymywac jej ciezar, wstrzykuje sie w grunt fundamentowy, przez wspo- mniane otwory, substancje, która ekspanduje w wyniku reakcji chemicznej i wytwarza sie zageszczony grunt w sasiedztwie strefy wstrzykiwania wskutek ekspansji substancji wstrzyknietej w grunt, znamienny tym, ze monitoruje sie w sposób ciagly poziom gruntu i/lub zbudowanej konstrukcji lezacej nad strefa wstrzykiwa- nia w celu wykrycia chwili, w której zbudowana kon- strukcja i/lub powierzchnia gruntu, lezaca nad strefa wstrzykiwania, zaczynaja sie unosic, co jest chwila w której stopien ubicia gruntu doszedl do poziomów na ogól wyzszych niz wymagana wartosc minimalna dla zapewnienia wymaganej nosnosci, oraz do wstrzykiwa- nia przez otwory (1) stosuje sie substancje (3) zdolna do bardzo szybkiej ekspansji z potencjalna mozliwoscia zwiekszenia objetosci ekspandowanej substancji (3) co najmniej piec razy wieksza niz objetosc tej substancji (3) przed ekspansja F i g . 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób zwiększania nośności gruntów fundamentowych pod budynki.

Każdy budynek wymaga odpowiedniego gruntu fundamentowego o nośności wystarczającej do jego podtrzymywania. W przeciwnym wypadku osiadanie gruntu doprowadzi do uszkodzenia osadzonego na nim budynku, bez względu na to, czy osiadanie to wystąpi w najwyższych czy też w głębokich warstwach.

W związku z tym, przed wzniesienim dowolnego budynku szacuje się nośność gruntu w zależności od wagi lub obciążenia wywieranego przez budynek na grunt, nawet, w razie takiej potrzeby, przeprowadzając odpowiednie badania gruntu, takie jak, na przykład, badania 15 geologiczne i geotechniczne.

Dla zapewnienia stabilności konstrukcji, oblicza się optymalne wymiary fundamentów i ich sztywność, a także określa się głębokość fundamentów, równoważąc odpowiednio ich wagę względem nośności gruntu, zawsze z zachowaniem odpowiedniego współczynnika bezpieczeństwa. W razie błędu może dojść do uszkodzenia budynku.

Jednakże często nośność gruntu fundamentowego nie jest wystarczająca, ponieważ grunt jest ściśliwy, jak ma to miejsce w przypadku terenu wypełnionego, terenu nie zagęszczonego, terenu zawierającego rozkładające się warstwy organiczne, terenu torfowego, terenu bagiennego, terenu o silnym zmiennym nasyceniu wodą, terenu zatopionego lub wypłukanego z pustymi przestrzeniami albo z niejednorodnymi lub niedostatecznie zagęszczonymi masami, terenu z pustymi przestrzeniami międzywęzłowymi, itp.; albo budynek jest bardzo ciężki i wymaga większej nośności niż rzeczywista nośność gruntu fundamentowej.

Istnieją różnorodne tradycyjne sposoby zapewniające w takich przypadkach stabilność budynku. Ogólnie, sposoby te mają na ogół bezpośrednio przenosić wagę budynku na głębsze i odpowiednio lite warstwy gruntu albo rozprowadzać obciążenie na dużej powierzchni gruntu, jak na przykład w sposobie polegającym na wbijaniu pali lub mikropali i tym podobnych elementów w grunt fundamentowy. Sposób ten można stosować zarówno przed, jak i po zbudowaniu budynku.

Oczywiście, wbijanie pali i mikropali lub podobnych elementów po wzniesieniu budynku jest bardzo skomplikowane i kosztowne.

Tradycyjne sposoby dają sobie również radę z osiadaniem budynku po wzniesieniu, jak na przykład w sposobie ujawnionym w opisie do patentu Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4,567,708, polegającym na wstrzykiwaniu rozszerzającej się substancji pod budynek w celu wypełnienia pustych przestrzeni, jakie powstały i powodują osiadanie budynku oraz w celu odwrócenia skutków osiadania budynku, lub inne sposoby podnoszenia.

Jednakże w sposobie ujawnionym we wspomnianym opisanym powyżej opisie patentowym, jak również w innych systemach podnoszenia, nie poddaje się obróbce gruntu fundamentowego; co najwyżej działa się na wierzchnie warstwy gruntu i dlatego, jeżeli grunt leżący pod spodem nie osiadł dostatecznie, to po pewnym czasie nastąpi dalsze osiadanie wspomnianego budynku.

Z dokumentu DE-A-33 32 256 znany jest sposób konsolidowania gruntu za pomocą substancji zdolnej do rozszerzania, w którym czas rozszerzania jest regulowany w taki sposób, żeby następowało ono powoli lub bardzo powoli.

Głównym celem wynalazku jest sposób zapewniający stabilność budynków za pomocą odpowiedniej obróbki gruntu fundamentowego w celu zwiększenia jego nośności, sposób,

186 495 który nie wymaga stosowania cementowych, betonowych lub metalowych struktur wbijanych w grunt, takich jak pale, mikropale, zastrzyki cementowe, bardzo głębokie fundamenty, itp.

Celem wynalazku jest zapewnienie sposobu, który jest prosty i łatwy do realizacji i można go przystosować do zwiększania nośności gruntów fundamentowych zarówno przed, jak i po wzniesieniu budynku.

Sposób zwiększania nośności gruntów fundamentowych pod budynki, w którym wykonuje się wiele rozstawionych względem siebie otworów głęboko w gruncie pod fundamentem zbudowanej konstrukcji i co najmniej w gruncie fundamentowym, którego nośność ma być zwiększona, w którym grunt fundamentowy stanowi masa gruntu pod fundamentem zbudowanej konstrukcji, która ma podtrzymywać jej ciężar, wstrzykuje się w grunt fundamentowy, przez wspomniane otwory, substancję, która ekspanduje w wyniku 10 reakcji chemicznej i wytwarza się zagęszczony grunt w sąsiedztwie strefy wstrzykiwania wskutek ekspansji substancji wstrzykniętej w grunt, według wynalazku charakteryzuje się tym, że monitoruje się w sposób ciągły poziom gruntu i/lub zbudowanej konstrukcji leżącej nad strefą wstrzykiwania w celu wykrycia chwili, w której zbudowana konstrukcja i/lub powierzchnia gruntu, leżąca nad strefą wstrzykiwania, zaczynają się unosić, co jest chwilą, w której stopień ubicia gruntu doszedł do poziomów na ogół wyższych niż wymagana wartość minimalna dla zapewnienia wymaganej nośności, oraz do wstrzykiwania przez otwory stosuje się substancję zdolną do bardzo szybkiej ekspansji z potencjalną możliwością zwiększenia objętości ekspandowanej substancji co najmniej pięć razy większą niż objętość tej substancji przed ekspansją.

Korzystnie etap wstrzykiwania powtarza się na różnych poziomach głębokościowych w otworach dla wytworzenia ubicia mas lub warstw obrabianego gruntu.

Korzystnie różne poziomy głębokościowe w otworach rozmieszcza się w odległości około 1 m od siebie, przy czym na każdym poziomie uzyskuje się nośność większą od wymaganej. ...

Korzystnie etap monitorowania realizuje się za pomocą laserowego urządzenia poziomującego.

Korzystnie otwory wykonuje się w kierunku pionowym, a etapy wstrzykiwania wykonuje się w sposób ciągły wzdłuż wznoszących się kolumn i formuje się kształty podobne do drzewa o bardzo nieregularnym ukształtowaniu z występami, wypukłościami i wybrzuszeniami o znacznych wymiarach, wytworzonych wskutek różnych wytrzymałości gruntu na zagęszczanie, oraz wskutek obecności w gruncie pustych przestrzeni lub szczelin.

Korzystnie obrabia się całą grubość warstw gruntu, które są ściśliwe lub mają niską nośność tak, aby doprowadzić do konsolidacji aż do litego poziomu warstw o wystarczającej nośności bez względu na głębokość, na której znajduje się ten lity poziom.

Korzystnie substancję zdolną do ekspandowania wybiera się spośród substancji przystosowanych do natychmiastowego ekspandowania, takich jak substancja zawierająca mieszankę polioli i izocyjanianu MDI.

Korzystnie stosuje się substancję zdolną do ekspandowania zawierającą mieszankę dwóch składników, z których pierwszy stanowi poliol polieterowy i/lub poliol poliestrowy, katalizator i woda, a drugi stanowi izocyjanian MDI. Korzystnie wagowa zawartość wody wynosi około 3,44%.

Korzystnie dwa sąsiednie otwory wykonuje się w odległości od siebie od około 0,5 m do 3 m.

Korzystnie otwory wykonuje się pod kątem względem pionu.

Korzystnie w etapie wstrzykiwania wykonuje się kilka czynnych faz wstrzykiwania na przemian z odpowiednimi przerwami.

Korzystnie wstrzykiwaną substancję ogrzewa się bezpośrednio przed etapem wstrzykiwania.

Korzystnie w etapie wstrzykiwania stosuje się rury, za pomocą których wstrzykuje się w grunt zdolną do ekspandowania substancję i których średnica wewnętrzna wynosi około 10 mm.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania uwidoczniono na rysunku, na którym fig. 1 - przedstawia wstrzykiwanie rozszerzalnej substancji w otwory wykonane w gruncie,

186 495 w widoku schematycznym, fig. 2 i 3 - rezultat rozszerzania się rozszerzalnej substancji po jej wstrzyknięciu i stopniowym wyjmowaniu do góry rury użytej do wstrzykiwania, z odpowiednimi przerwami na pośrednich poziomach głębokościowych lub ruchem ciągłym, w widoku, fig. 4 - wynik rozszerzania się wstrzykniętej substancji w przypadku wstrzykiwania sekwencyjnego realizowanego za pomocą różnych rur włożonych w różne otwory w miejscach oddalonych od siebie i na różnych głębokościach, w widoku, fig. 5 - operacja wstrzykiwania według wynalazku ze stałym monitorowaniem zmniejszenia osiadania fundamentu budynku, schematycznie, fig. 6-8 - wykresy porównawcze dynamicznych testów penetrometrycznych przeprowadzanych na obszarze gruntu obrabianego według 5 wynalazku, fig. 9 - obszar gruntu obrobionego według wynalazku, w przekroju.

W skład sposobu według wynalazku wchodzi formowanie w gruncie wielu otworów 1, które, jeżeli sposób realizuje się w istniejących budynkach, mogą, albo nie, przechodzić przez fundament, na różnych głębokościach i, korzystnie, w odległości pomiędzy dwoma sąsiednimi otworami 1, która może zmieniać się w zakresie od 0,5 m do 3 m.

Otwory 1 mogą mieć zmienne wymiary w zależności od wymagań i mogą być usytuowane zasadniczo pionowo albo pod pewnym kątem względem pionu.

Głębokość otworów 1 może również być różna w zależności od wymagań, jak się okaże dalej.

Następnie w otwory 1 wprowadza się lub wbija rury 2, po czym wstrzykuje się przez nie substancję 3 ekspandującą w wyniku reakcji chemicznej pomiędzy jej składnikami, o potencjalnym co najmniej pięciokrotnym wzroście objętości w porównaniu z jej objętością przed ekspansją. Wyrażenie „potencjalny wzrost objętości” odnosi się do wzrostu objętości substancji 3 w wyniku niezakłóconej ekspansji występującej pod ciśnieniem atmosferycznym.

Można zalecać wysokie współczynniki ekspansji równe 20-25 krotnej objętości początkowej, a nawet wyższe, rzędu 30-33 krotnej.

Korzystnie, w skład zdolnej do ekspandowania substancji 3 wchodzi mieszanka rozszerzalnej pianki poliuretanowej, korzystnie zamknięto komórkowej pianki poliuretanowej. W skład tej substancji 3 może wchodzić, na przykład, dwuskładnikowa pianka wymieszana w urządzeniu mieszającym 4 połączonym z rurami 10 wstrzykującymi 2. Pierwszym składnikiem może być mieszanka polioli złozona z poliolu polieteru i/lub poliolu poliestru, katalizatora, na przykład RESINOL AL 643 produkowanego przez holenderską firmę Resina Chemie, i wody. Wagowy udział wody w tej substancji może wynosić 3,44%. Drugim składnikiem może być izocyjanian MDI, na przykład URESTYL 10 produkowany przez tę samą firmę. W wyniku wymieszania tych składników ze sobą powstaje zdolna do ekspandowania pianka poliuretanowa, której gęstość, na końcu spieniania, zmienia się w zależności od oporu stawianego przez grunt w pobliżu obszaru wstrzykiwania.

Mieszanka ta może rozszerzać się aż do 33 krotnej swojej objętości początkowej, a czas reakcji wynosi około 3-6 sekund, jak wynika ze specyfikacji technicznej producenta.

Oczywiście, możliwe jest również stosowanie innych substancji zdolnych do ekspandowania o podobnych właściwościach nie wychodząc poza chroniony zakres wynalazku.

W zależności od wymagań, zdolną do ekspandowania substancję 3 można wstrzykiwać przez uformowane uprzednio 5 w gruncie otwory 1 podczas jednego etapu wstrzykiwania, jak pokazano na fig. 1, 2 i 3, rozpoczynając od dna i stopniowo podnosząc rurę 2 do góry, ewentualnie z pośrednimi przerwami, jak widać na fig. 2, w taki sposób, żeby uzyskać różne kolumny utwardzonej i rozszerzonej substancji 3. Substancję 3 można również wstrzykiwać, dokonując kolejnych wstrzyknięć na ustalonych i różnych głębokościach w punktach, które są przestrzennie i równomiernie oddalone od siebie tak, żeby uzyskać obszary rozszerzonej i utwardzonej substancji 3 w gruncie fundamentowym, jak widać zwłaszcza na fig. 4, w zależności od wymagań i od parametrów geoleogicznych gruntu. W tym drugim przypadku, rury 2 użyte do wstrzykiwania pozostawia się w gruncie.

Po wstrzyknięciu substancji 3, dzięki temu, że 20 wnika ona również we wszystkie puste przestrzenie i pęknięcia w gruncie wskutek swojej płynności, rozszerzając się z dużą siłą i prędkością we wszystkich kierunkach, wytwarza ona siłę ubijającą i ściskającą wokół grunt, eliminując, wskutek ściskania lub 25 wypełniania, wszystkie puste przestrzenie i mikroprze6

186 495 strzenie, nawet bardzo małe, wytłaczając większość wody impregnującej grunt, ewentualnie ubijając luźne części (granulki i części sypkie) aż do uzyskania masywnego gruntu, którego, w całej obrobionej warstwie, nie można już dalej ścisnąć, jeżeli chodzi o obciążenie, jakie musi lub będzie musiał przenieść.

Należy zauważyć, że zdolna do ekspandowania substancja 3 wstrzyknięta na różne głębokości, w odpowiednio obliczone miejsca oddalone na określone odległości od siebie, albo wzdłuż wznoszących się linii, automatycznie płynie podczas ekspandowania ku miejscom 0 mniejszej ściśliwości, ponieważ stawiają one jej mniejszy opór. W ten sposób obszary wymagające intensywniejszej obróbki są automatycznie bardziej intensywnie obrabiane, bez pozostawiania miejsc, w których grunt jest nie obrobiony.

Fakt, że wstrzykiwana substacja 3 rozszerza się natychmiastowo umożliwia również bardzo precyzyjne ograniczenie obszaru ekspandowania, umożliwiając w ten sposób bardzo dobrą lokalizację, w zamierzonych miejscach, efektu, jaki chce się osiągnąć. Duże ciśnienie wywierane przez wstrzykiwaną substancję 3 na otaczającą grunt wynika w gruncie rzeczy z rozszerzania spowodowanego reakcją chemiczną i nie jest wywołane ciśnieniem hydraulicznym. Zdolną do ekspandowania substancję 3 wstrzykuje się dzięki ciśnieniu hydraulicznemu, które, jednakże, ma na celu wyłącznie jej 25 wprowadzenie w wybrane miejsca.

Natychmiastowa reakcja wstrzykniętej substancji 3, w kategoriach ekspandowania 1 utwardzania, zapobiega jej migrowaniu do odległych obszarów, do których może natomiast dostać się substancja wolniej reagująca. Istotnie, im mniejsza szybkość reakcji rozszerzania, tym dalej dostaje się substancja, ze szkodą dla precyzyjnego ograniczenia efektu ekspansji i z wynikającym z tego zwiększeniem zużycia substancji.

Ponieważ celem wynalazku jest konsolidacja z niskim zużyciem substancji, można stosować rury 2 do wstrzykiwania zapewniające odpowiednie natężenia przepływu wstrzykiwanej substancji 3, mające średnicę 10 wewnętrzną na przykład rzędu 10 mm, dzięki czemu można je łatwo wprowadzać w grunt i wyjmować z niego. Odpowiednie do tego celu są również rury o mniejszych lub większych o kilka milimetrów średnicach. W celu uzyskania dużych natężeń przepływu substancji 3, nie jest konieczne stosowanie rur o znacznie większych średnicach, rzędu około 2 cm lub większych, trudnych do wbijania w grunt.

W celu skutecznego umiejscowienia efektu konsolidacji wstrzykiwanie można realizować z pośrednimi przerwami. Na przykład, okresy wstrzykiwania o długości 15 sekund można na przemian przerywać przerwami o długości 1-2 sekund, a nawet dłuższymi. Czasy trwania aktywnego wstrzykiwania i, odpowiednio, okresy przemiennych przerw, wybiera się w istocie rzeczy tak, żeby były najbardziej odpowiednimi czynnikami branymi pod uwagę, takimi jak głębokość wstrzykiwania, skład wstrzykiwanej substancji, długość i przekrój poprzeczny rur do wstrzykiwania.

W celu uzyskania szybszej reakcji ekspandowania wstrzykniętej substancji 3 bez konieczności przestawiania się na inne składy, w razie takiej konieczności, możliwe jest podniesienie temperatury poprzez ogrzewanie substancji 3 bezpośrednio przed operacją wstrzykiwania.

O ile chodzi o głębokość otworów 1, to można stosować dwa różne sposoby.

Pierwszy sposób polega na obróbce całej grubości warstw gruntu, które są ściśliwe lub mają małą nośność tak, żeby dokonać konsolidacji aż do litego poziomu warstw o wystarczającej nośności, bez względu na ich głębokość. Lity poziom można wykryć przeprowadzając badania geotechniczne gruntu.

Natomiast drugi sposób polega na obróbce warstwy gruntu, która, nie dochodzi w dół do ustalonego litego poziomu, znajdującego się ewentualnie na zbyt dużej głębokości, ale w każdym przypadku jest dostatecznie gruba, żeby mogła rozprowadzić lezący na niej ciężar na większej powierzchni. Warstwę gruntu obrobionego sposobem według wynalazku, mającą odpowiednią zwartość, spójność i w każdym przypadku lekką można skutecznie i obszernie podeprzeć leżącymi pod nią warstwami gruntu, nawet jeżeli warstwy te nie miałyby w innym przypadku wystarczającej nośności.

Dotychczas przeprowadzono z powodzeniem doświadczenia z głębokościami wstrzykiwania do 6 m, ale za pomocą odpowiedniego dostosowania przekrojów poprzecznych rur

186 495 i dokładnego regulowania natężeń przepływu wstrzykiwanej substancji można uzyskać większe głębokości wstrzykiwania.

Ekspansja wstrzykiwanej substancji 3 w wyniku reakcji chemicznej jej składników jest bardzo szybka i wytwarza bardzo dużą siłę rozszerzania: do 40 ton na metr kwadratowy lub nawet większą.

Podczas wstrzykiwania można stale monitorować poziom leżącego powyżej budynku lub powierzchni gruntu za pomocą poziomnicy laserowej lub innego urządzenia (patrz fig. 5). Kiedy urządzenie 5 zasygnalizuje rozpoczęcie podnoszenia się budynku lub powierzchni gruntu, oznacza to na ogół, że zagęszczenie gruntu, przestrzenne wokół punktu wstrzykiwania, doszło do bardzo wysokich poziomów, na ogół wyższych niż wymagane wartości minimalne.

Poprzez stałe monitorowanie, dzięki wąsko skupionej sile ekspandowania, można bardzo dokładnie wykryć i kontrolować w czasie rzeczywistym dokładną chwilę rozpoczęcia się unoszenia gruntu w określonym punkcie, a także dokładną wielkość uniesienia.

Masa wstrzykniętej substancji 3, reagując chemicznie, w praktyce ekspanduje z dużą siłą we wszystkich kierunkach, i kiedy urządzenie 5 wykryje nawet małe uniesienie powierzchni oznacza to, że zdolna do ekspandowania substancja 3 napotkała mniejszy opór w ekspandowaniu w kierunku pionowym w porównaniu ze wszystkimi innymi kierunkami, oraz ze z tego względu grunt leżący pod spodem i wokół wstrzykiwanej substancji wytrzymuje i „wypiera” całą wagę (która ma charakter dynamiczny i dlatego jest zwielokrotniona) nie tylko całej masy gruntu (i ewentualnie budynku), który spoczywa statycznie na nim, ale również wszystkich otaczających przemieszczonych mas (wskutek tarcia i kohezji) pod kątem rozprowadzania obciążenia, który zazwyczaj oblicza się na 30° i jest po prostu odwrócony. Uniesiony grunt również ulega ściskaniu.

Powtarzając tę czynność na różnych poziomach głębokościowych (oddalonych o około 1 metr od siebie, ale zmiennie w zależności od rodzaju gruntu i nośności, jaka ma być uzyskana), na każdym poziomie, uzyskuje się większą nośność niż wymagana. Działając w ostatnio opisany sposób oraz wykonując stałe zastrzyki wzdłuż wznoszących się kolumn, w którym powstają kształty podobne do drzewa o bardzo nieregularnej konfiguracji, z występami, wypukłościami i wybrzuszeniami, nawet o znacznych wymiarach wytwarzanych wskutek różnego oporu gruntu na ściskanie oraz skutkiem ewentualnej obecności pustych przestrzeni lub pęknięć w gruncie, w każdym przypadku cała masa i obrobiona warstwa gruntu są prasowane, ubijane i zagęszczane, znacznie zmniejsza się zawartość wody oraz grunt staje się wartościowym gruntem fundamentowym przystosowanym do stabilnego podtrzymywania budynku, który leży nad nim lub który ma być wzniesiony.

Gęstość substancji 3 zdolnej do ekspandowania może znacznie się zmieniać w zależności od oporu stawianego tej ekspansji przez otaczający grunt. W większości przypadków gęstość ta może zmieniać się w zakresie od 100 kg/m³ do 300 kg/m³. Gęstości te mogą również być wyższe, ponieważ gęstość ekspandowanej substancji 3 jest wprost proporcjonalna do oporu, na jaki napotyka ona podczas swojej ekspansji. Wytrzymałość samej ekspandowanej substancji 3 na zgniatanie jest funkcją_gęstości.

Substancja o gęstości 100 kg/m³ ma wytrzymałość około 14 kg/cm², natomiast wytrzymałość substancji o gęstości 300 kg/m3 na zgniatanie wynosi około 40 kg/cm2. Wartości te są znacznie większe niż normalnie wymagane od 10 gruntu fundamentowego. W każdym przypadku, gdzie potrzebne są wyższe wytrzymałości na zgniatanie, nawet na różnych głębokościach tego samego gruntu, jest również większy ciężar i dlatego wyższy opór stawiany ekspansji; w związku z tym automatycznie powstaje bardziej gęsty i dlatego mocniejszy materiał.

W każdym przypadku możliwe jest chwilowe dodanie wagi do powierzchni gruntu lub budynku.

W praktyce, wstrzyknięta i utwardzona ekspandowana substancja 3 nie podtrzymuje sama znajdującego się nad nią budynku, chociaż pomaga osiągnąć ten cel. Wagę budynku skutecznie podtrzymuje grunt fundamentowy obrobiony sposobem według wynalazku.

W praktyce zaobserwowano, że sposób według wynalazku w pełni zapewnia realizację zamierzonych celów i zadań, ponieważ umożliwia, w bardzo prosty, szybki i skuteczny spo8

186 495 sób zwiększenie nośności gruntów fundamentowych do chwili, aż spełnią wymagania budowlane.

Typowo, co wydaje się ogólną tendencją w technikach konsolidowania gruntów, patrz na przykład dokument DE-A-33 32 256, celowo unika się bardzo szybkiej ekspansji, z bardzo dużymi współczynnikami ekspansji, wytwarzającej szybkie wzrosty ciśnienia w obrabianym gruncie, ponieważ wykazano, że wywołuje ona niepożądane, głównie pionowe, szczeliny w obrabianej masie gruntu.

Jednakże w warunkach wynalazku, nieoczekiwanie stwierdzono, że występujące pomiędzy masami gruntu szczeliny nie tylko nie wpływają na stopień ubicia gruntu, ale można je w rzeczywistości wykorzystać.

Badania i analizy techniczne, przeprowadzone na wielu budowlach, gdzie zastosowano sposób konsolidowania według wynalazku, dowiodły, że ekspansja wstrzykniętego materiału pojawia się najpierw w kierunkach, w których grunt jest mniej wytrzymały, ale tylko w ograniczonym stopniu. W przypadku terenu zabudowanego występuje ona najpierw w kierunku poprzecznym do fundamentu, a nie w kierunku pionowym, w którym działa waga budynku.

Dopiero po osiągnięciu stopnia ubicia o takiej wartości, że wytrzymałość na poprzeczne siły ekspansji znacznie przekracza ciężar wywierany przez budynek, uzyskuje się siłę pionową taką, że unosi fundament i budynek. W gruncie rzeczy trzeba zrównoważyć nie tylko wagę budynku, ale również inne siły oporu, takie jak część ciężaru przyległych konstrukcji, siły tarcia poprzecznego oraz wytrzymałość na zginanie samej wybudowanej konstrukcji.

Co prawda chwilowa reakcja wstrzykniętego materiału, w kategoriach ekspansji i zestalania, może rzeczywiście powodować szczeliny pomiędzy masami gruntu zmuszonymi do przemieszczania się względem siebie wskutek szybko rosnących dużych sił, ale pewna ilość wstrzykniętej substancji wydaje się w rzeczywistości wypełniać te szczeliny, tak, że zadowalająco „spaja” masy gruntu, co najmniej w obszarze przeznaczonym do konsolidowania, który znajduje się w bezpośrednim 10 sąsiedztwie miejsca wstrzykiwania i pod fundamentem konstrukcji budynku. Przykłady przedstawiono na fig. 9, gdzie dokładnie widać „spojone” szczeliny.

Przeprowadzono testy penetrometryczne, których wyniki przedstawiono na wykresach pokazanych na fig. 6-8, 1 15 zarówno pod zabudowanymi miejscami obrobionymi sposobem konsolidowania według wynalazku, po wykryciu uniesienia gruntu za pomocą poziomnicy, jak i poprzecznie do nich, w bliskim sąsiedztwie, w odległości około 20 cm od fundamentu.

Na wykresach tych przedstawiono porównawczo nośność gruntu przed konsolidacją (słupki nie zacienione) i po konsolidacji (słupki zacienione), skąd wyraźnie wynika, że główna konsolidacja następuje pod fundamentem, na głębokości pomiędzy 120 cm a około 300 cm (fig. 6), natomiast znacznie zmniejszona konsolidacja występuje tylko 20 cm w bok od fundamentu, na tych samych głębokościach co przedtem (fig. 7).

Sądzi się, że wyjaśnia to wyraźnie ogniskowy efekt konsolidacji przeprowadzonej sposobem według wynalazku, który praktycznie zapewnia godne uwagi wzmocnienie głównie gruntu pod fundamentami.

Na wykresie z fig. 8, narysowanym w takich warunkach, w których wstrzykiwano pewną ilość substancji zdolnej do ekspandowania nie powodującej żadnego wykrywalnego uniesienia gruntu pod fundamentem budynku, pokazano, że zagęszczenie gruntu, które mogłoby umożliwić wytworzenie pionowej siły niezbędnej do uniesienia, praktycznie nie wystąpiło w kierunku poprzecznym dalej niż w odległości 20 cm od fundamentu, co również ogranicza obszar, w którym mogą wystąpić szczeliny.

Sposób według wynalazku skutecznie zastosowano do konsolidowania gruntu i kompensowania osiadania pod silnie obciążonymi fundamentami w portach lotniczych, w budynkach przemysłowych i handlowych, a także pod bardzo starymi, historycznymi budynkami oraz na terenach archeologicznych.

Ostatnio przeprowadzono kontrole miejsc poddanych obróbce, uzyskując wszystkie wyniki zadowalające. Kontrole przeprowadzono według procedury zatwierdzonej przez Francuski Instytut Kontroli SOCOTEC. W ich skład wchodziło wstrzykiwanie, w miejscu wybra186 495 nym przez inspektora w obrabianej strefie, przypadkowo, małych ilości wstrzykiwanej substancji (około 20% ilości wstrzykniętej na początku). Uzyskany wynik uznawano za pozytywny, jeżeli wstrzyknięcie wyzwoliło co najmniej minimalny efekt unoszący powierzchnię gruntu.

Opracowany sposób można różnorodnie modyfikować i zmieniać, co mieści się w zakresie wynalazku, jak określono w zastrzeżeniach patentowych.

186 495 z

Ul §

§

u.

o o

X o

fil

Uf

Aj <3

186 495

r/q. 9

186 495

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób zwiększania nośności gruntów fundamentowych pod budynki, w którym wykonuje się wiele rozstawionych względem siebie otworów głęboko w gruncie pod fundamentem zbudowanej konstrukcji i co najmniej w gruncie fundamentowym, którego nośność ma być zwiększona, w którym grunt fundamentowy stanowi masa gruntu pod fundamentem zbudowanej konstrukcji, która ma podtrzymywać jej ciężar, wstrzykuje się w grunt fundamentowy, przez wspomniane otwory, substancję, która ekspanduje w wyniku reakcji chemicznej i wytwarza się zagęszczony grunt w sąsiedztwie strefy wstrzykiwania wskutek ekspansji substancji wstrzykniętej w grunt, znamienny tym, że monitoruje się w sposób ciągły poziom gruntu i/lub zbudowanej konstrukcji leżącej nad strefą wstrzykiwania w celu wykrycia chwili, w której zbudowana konstrukcja i/lub powierzchnia gruntu, leżąca nad strefą wstrzykiwania, zaczynają się unosić, co jest chwilą, w której stopień ubicia gruntu doszedł do poziomów na ogół wyższych niż wymagana wartość minimalna dla zapewnienia wymaganej nośności, oraz do wstrzykiwania przez otwory (1) stosuje się substancję (3) zdolną do bardzo szybkiej ekspansji z potencjalną możliwością zwiększenia objętości ekspandowanej substancji (3) co najmniej pięć razy większą niż objętość tej substancji (3) przed ekspansją..
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że etap wstrzykiwania powtarza się na różnych poziomach głębokościowych w otworach (1) dla wytworzenia ubicia mas lub warstw obrabianego gruntu.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że różne poziomy głębokościowe w otworach (1) rozmieszcza się w odległości około 1 m od siebie, przy czym na każdym poziomie uzyskuje się nośność większą od wymaganej.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że etap monitorowania realizuje się za pomocą laserowego urządzenia poziomującego (5) .
5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że otwory (1) wykonuje się w kierunku pionowym, a etapy wstrzykiwania wykonuje się w sposób ciągły wzdłuż wznoszących się kolumn i formuje się kształty podobne do drzewa o bardzo nieregularnym ukształtowaniu z występami, wypukłościami i wybrzuszeniami o znacznych wymiarach, wytworzonych wskutek różnych wytrzymałości gruntu na zagęszczanie, oraz wskutek obecności w gruncie pustych przestrzeni lub szczelin.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że obrabia się całą grubość warstw gruntu, które są ściśliwe lub mają niską nośność tak, aby doprowadzić do konsolidacji aż do litego poziomu warstw o wystarczającej nośności bez względu na głębokość, na której znajduje się ten lity poziom.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że substancję (3) zdolną, do ekspandowania wybiera się spośród substancji przystosowanych do natychmiastowego ekspandowania, takich jak substancja zawierająca mieszankę polioli i izocyjanianu MDL
8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że stosuje się substancję (3) zdolną do ekspandowania zawierającą mieszankę dwóch składników, z których pierwszy stanowi poliol polieterowy i/lub poliol poliestrowy, katalizator i woda, a drugi stanowi izocyjanian MDI.
9. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że dwa sąsiednie otwory (1) wykonuje się w odległości od siebie od około 0,5 m do 3 m.
10. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że otwory (1) wykonuje się pod kątem względem pionu.
11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w etapie wstrzykiwania wykonuje się kilka czynnych faz wstrzykiwania na przemian z odpowiednimi przerwami.
12. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 7, albo 8, albo 11, znamienny tym, że wstrzykiwaną substancję (3) ogrzewa się bezpośrednio przed etapem wstrzykiwania.

186 495
13. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że wagowa zawartość wody wynosi około 3,44%.
14. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 7, albo 8, albo 11, znamienny tym, że w etapie wstrzykiwania stosuje się rury (2), za pomocą których wstrzykuje się w grunt zdolną do ekspandowania substancję (3) i których średnica wewnętrzna wynosi około 10 mm