ТЕХНОЛОГИЯ ИНЪЕКЦИОННОГО ЗАКРЕПЛЕНИЯ ОСНОВАНИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ, ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРОЕКТНОГО ПОЛОЖЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ, ПОДЗЕМНЫХ И ЗАГЛУБЛЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАСШИРЯЮЩИХСЯ РАСТВОРОВ (КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ)

TECHNOLOGY OF INJECTION FOUNDATIONS OF BUILDINGS AND STRUCTURES, RESTORATION OF THE DESIGN POSITION OF FOUNDATIONS, UNDERGROUND AND BURNED STRUCTURES USING EXPANDING SOLUTIONS (COMPOSITE MATERIALS)

Artyom Selin

master's student, Irkutsk National Research Technical University,

Russia, Irkutsk

Andrey Golyaev

master's student, Irkutsk National Research Technical University,

Russia, Irkutsk

Konstantin Komarov

scientific adviser, Candidate of Economic Sciences, Associate Professor, Irkutsk National Research Technical University,

Russia, Irkutsk

АННОТАЦИЯ

Статья рассматривает технологию инъекционного закрепления оснований, применяемую для укрепления и восстановления фундаментов, подземных и заглублённых сооружений с использованием расширяющихся растворов и других композиционных материалов. В тексте подробно описываются преимущества данной технологии, включая экономическую эффективность, сокращение времени на ремонтные работы и повышение долговечности конструкций. Освещаются технологические процессы, начиная от подготовки основания и заканчивая введением раствора, а также рассматриваются технические и технологические вызовы, связанные с применением инъекционных методов. Статья затрагивает перспективы развития данной технологии, включая исследования и инновации в области композиционных материалов и новые направления в инъекционном закреплении.

ABSTRACT

The article examines the technology of injection fixation of foundations used to strengthen and restore foundations, underground and buried structures using expanding solutions and other composite materials. The text describes in detail the advantages of this technology, including cost-effectiveness, reduced time for repair work and increased durability of structures. Technological processes are highlighted, starting from the preparation of the base and ending with the introduction of the solution, as well as technical and technological challenges associated with the use of injection methods. The article touches on the prospects for the development of this technology, including research and innovation in the field of composite materials and new directions in injection fixation.

Ключевые слова: инъекционное закрепление, фундаменты, подземные сооружения, композиционные материалы, расширяющиеся растворы, технологические процессы, экономическая эффективность, долговечность конструкций, инновации в строительстве, техническое обслуживание, строительная индустрия.

Keywords: injection consolidation, foundations, underground structures, composite materials, expanding solutions, technological processes, economic efficiency, durability of structures, innovations in construction, maintenance, construction industry.

С урбанизацией и повышением нагрузки на городскую инфраструктуру растёт и потребность в сохранении долговечности зданий и сооружений. Основание, на котором стоит здание, со временем подвергается различным деформациям и изменениям, что может привести к необходимости восстановления и укрепления фундаментов. В последние десятилетия особое внимание в строительной индустрии уделяется технологиям, которые позволяют не только восстановить проектное положение оснований, но и значительно улучшить их свойства. Одной из передовых и эффективных методик является технология инъекционного закрепления оснований с использованием расширяющихся растворов, или композиционных материалов.

Этот метод обладает рядом весомых преимуществ перед традиционными подходами, такими как возведение подпорных стен или полная замена фундамента, предлагая более быстрое и менее инвазивное решение. Применение инъекционного закрепления позволяет точечно устранять дефекты и недостатки в структуре оснований, эффективно распределяя нагрузку и увеличивая несущую способность фундамента.

Актуальность темы подтверждается широким спектром исследований и публикаций, направленных на изучение свойств и возможностей композиционных материалов в контексте их применения для ремонта и укрепления оснований. Ряд научных работ, в частности исследования Харламова А.Г. и Черных К.В., описывают успешное применение этой технологии в различных условиях, демонстрируя её эффективность в укреплении фундаментов промышленных и жилых зданий. Однако, несмотря на обширное освещение в специализированных изданиях, вопросы оптимизации составов, механизмов воздействия и долгосрочной эффективности материалов требуют дальнейших исследований. [5]

В результате, данная тема остается актуальной и перспективной для исследований и практического применения в строительной индустрии, что подтверждается растущим интересом как в научных кругах, так и среди практикующих инженеров.

Инъекционное закрепление —строительная техника, используемая для укрепления и восстановления фундаментов и других конструктивных элементов зданий и сооружений. Метод включает введение под давлением специализированных растворов или композиционных материалов в поры, трещины или пустоты в грунте или строительных материалах. Целью инъекционного закрепления является увеличение прочности, улучшение несущих характеристик оснований и предотвращение дальнейших деформаций и осадки зданий. [4]

Композиционные материалы, используемые для инъекционного закрепления, варьируются по составу и предназначению. Материалы могут включать цементные смеси, эпоксидные смолы, полиуретаны и другие полимерные составы. Каждый тип имеет свои специфические свойства и области применения:

1. Цементные смеси обычно используются для заполнения больших пустот и трещин в фундаментных основаниях благодаря их высокой механической прочности и сравнительной дешевизне.

2. Эпоксидные смолы применяют для закрепления трещин под высоким давлением, так как они формируют твердое, влагостойкое и химически стойкое вещество после полимеризации.

3. Полиуретаны используют для быстрой остановки водопроницаемости, поскольку они могут расширяться в контакте с водой, эффективно блокируя течи.

Расширяющиеся растворы представляют собой специальные композиции, которые увеличиваются в объеме после инъекций в грунт или строительные материалы. Растворы чаще всего состоят из полиуретанов или других химически активных веществ, которые реагируют с водой или другими компонентами в основании.

Механизм действия этих растворов заключается в их способности быстро расширяться после введения в трещины или пустоты, эффективно заполняя их и оказывая давление на окружающие материалы. Давление помогает «поднять» или стабилизировать основание, восстанавливая его первоначальное положение и улучшая структурную целостность. Расширение материала способствует созданию барьера против воды и других внешних воздействий, что значительно продлевает срок службы и функциональность зданий и сооружений.

Инъекционные технологии, широко применяемые в строительстве для укрепления и восстановления конструкций, предоставляют ряд значительных преимуществ.

Одним из основных преимуществ инъекционных технологий является их экономическая эффективность. Использование специализированных смол и гелей для заполнения трещин и пустот в конструкциях существенно уменьшает необходимость в демонтаже и замене повреждённых участков. Например, при ремонте трещин в бетонных основаниях, инъекционные методы позволяют значительно сократить расходы на материалы и труд, поскольку не требуют полного удаления старого бетона, а лишь его частичную корректировку и укрепление.

Инъекционные технологии кроме того способствуют сокращению времени на ремонтные работы. В отличие от традиционных методов ремонта, где необходима полная замена элементов конструкции, инъекционные методы могут быть выполнены в значительно более короткие сроки. Инъекции эпоксидной смолы для восстановления трещин или укрепления железобетонных элементов занимают всего несколько часов, в то время как полная реконструкция может потребовать нескольких дней или даже недель. [1]

Помимо этого, экономической выгоды и временной эффективности, инъекционные технологии вдобавок способствуют повышению долговечности и устойчивости зданий. Заполнение трещин и пустот внутри конструкций специализированными смолами устраняет непосредственные дефекты и предотвращает дальнейшее развитие разрушений, укрепляя структурную целостность здания и увеличивая его срок службы. Примером может служить использование полиуретановых гелей для гидроизоляции подвалов, что предотвращает проникновение влаги, более того защищает фундамент от возможных повреждений водой.

В результате, инъекционные технологии предоставляют эффективные решения для укрепления и ремонта строительных конструкций, делая их востребованным выбором в современном строительстве.

Инъекционное закрепление — сложный и многоэтапный процесс, который начинается с тщательной подготовки основания и диагностики проблемных участков. Этап включает осмотр здания или конструкции на наличие трещин, пустот или других дефектов. Для более глубокой диагностики могут применяться ультразвуковые или радарные устройства, позволяющие точно определить размеры, глубину и расположение дефектов для определения наилучшего метода ремонта.

Затем происходит выбор подходящего состава композиционных материалов, который зависит от типа и состояния основания, к тому же от конкретной проблемы, которую необходимо решить. Возможные материалы содержащие эпоксидные смолы для укрепления трещин в железобетоне или полиуретаны для гидроизоляции и устранения водных протечек. Выбор материала определяется его прочностью, эластичностью и совместимостью с основанием.

Финальный этап процесса состоит из бурение инъекционных скважин в заранее определённых местах, согласно техническому плану. Расстояние между скважинами и их глубина зависят от типа и размера дефектов. После бурения, через скважины под давлением вводится инъекционный материал, который равномерно распределяется по всем трещинам и пустотам, обеспечивая их заполнение и укрепление основания. Контроль за отвердеванием и адгезией материала завершает процесс, гарантируя долговечность и эффективность ремонта.

Инъекционное закрепление требует высокой квалификации специалистов и точного соблюдения технологических норм и стандартов для обеспечения надёжности и долговечности конструкций.

Инъекционные технологии находят широкое применение в строительстве для укрепления и восстановления различных типов конструкций, в том числе фундаменты жилых и промышленных зданий и подземные и заглубленные сооружения.

Одним из основных направлений использования инъекционных технологий является закрепление и восстановление фундаментов. Методы особенно важны для обеспечения безопасности и устойчивости старых зданий, где со временем могут образовываться трещины и другие дефекты. С помощью специализированных смол и гелеобразных составов удается заполнить существующие трещины, еще и значительно увеличить сопротивляемость фундамента внешним воздействиям, таким как вибрации или изменения в грунте.

Особое внимание заслуживает применение инъекционных технологий в подземных и заглубленных сооружениях, таких как туннели или метрополитены. В условиях технологии инъекционного закрепления используются для гидроизоляции и укрепления конструкций, которые подвергаются воздействию высокого давления и влажности. Использование инъекционных материалов помогает предотвратить протечки и увеличить срок службы сооружений.

Примеры успешного применения инъекционных технологий в различных проектах демонстрируют их эффективность и многообразие возможностей. В рамках проекта по реставрации замка Чамбор во Франции использовались полиуретановые гели для укрепления фундамента. Применение данных материалов позволило устранить существующие трещины, при этом значительно увеличить устойчивость здания к сейсмической активности, при этом сохранив его исторический облик и архитектурную ценность.

При строительстве метрополитена в Стокгольме, шведские инженеры использовали эпоксидные смолы для инъекций в стенки туннелей. Подход обеспечил дополнительную гидроизоляцию и укрепил структуру туннеля, обеспечивая его долговечность и защиту от проникновения воды, что крайне важно для подземных сооружений в условиях сложного геологического строения.

Инъекционные технологии, хотя и предлагают ряд преимуществ, сопряжены с некоторыми техническими и технологическими вызовами, которые требуют внимательного управления и контроля.

Одной из основных проблем при работе с инъекционными технологиями является использование расширяющихся растворов. Такие материалы, как расширяющийся полиуретан, могут увеличивать свой объем в процессе отвердевания, что способствует заполнению трещин и пустот в конструкциях. Однако неадекватный контроль над процессом расширения может привести к повышенному давлению на окружающие материалы, вызывая новые трещины или даже разрушение конструкции. Решением этой проблемы является точное дозирование и использование специализированных методов инъекции, которые позволяют контролировать скорость и объем расширения материала. [2]

Что касается методов контроля качества и безопасности при проведении работ, они включают строгие процедуры проверки и тестирования. Необходимо проводить предварительные испытания на малых участках для оценки совместимости инъекционного материала с конструкционными материалами основания. Проведение таких испытаний помогает идентифицировать потенциальные риски и определить оптимальные параметры применения. Кроме того, важно обеспечить соответствующее обучение и сертификацию персонала, работающего с инъекционными материалами, чтобы минимизировать человеческий фактор в возникновении ошибок.

К тому же, для гарантирования безопасности на всех этапах работы, следует использовать современное оборудование для контроля за давлением, температурой и распределением материала в процессе инъекции. Использование такого оборудования позволяет оперативно реагировать на любые отклонения от нормы и предотвращать возможные проблемы до того, как они приведут к серьезным последствиям.

При всех преимуществах инъекционных технологий, для их успешного применения необходимо тщательно учитывать и преодолевать возникающие технические и технологические вызовы.

Инъекционные технологии постоянно развиваются, благодаря активным исследованиям и инновациям в составе композиционных материалов, а также появлению новых тенденций и направлений в области инъекционного закрепления оснований.

Исследования в области композиционных материалов направлены на улучшение их свойств, таких как прочность, устойчивость к воздействиям окружающей среды и долговечность. Ученые и инженеры работают над созданием новых формул, которые могут более эффективно противостоять химическим, термическим и механическим воздействиям. Особый интерес представляют материалы, которые способны самовосстанавливаться или изменять свои свойства в ответ на изменения в окружающей среде, что может значительно повысить срок службы конструкций и сократить затраты на их обслуживание и ремонт.

Среди новых направлений в инъекционном закреплении оснований стоит выделить использование нанотехнологий и умных композитов. Нанотехнологии позволяют манипулировать свойствами материалов на молекулярном уровне, что открывает возможности для создания более мощных и эффективных инъекционных составов. Такие материалы могут обеспечивать лучшую адгезию к основаниям и более глубокое проникновение в микротрещины, улучшая тем самым устойчивость и долговечность конструкций.

Также активно развивается использование биологически активных и экологически чистых компонентов, что особенно важно для работ в чувствительных к окружающей среде условиях. Эти материалы не только эффективны, но и минимизируют воздействие на окружающую среду, соответствуя современным требованиям устойчивого развития.

В целом, перспективы развития инъекционных технологий кажутся многообещающими, с фокусом на инновационные материалы и методы, которые будут способствовать улучшению качества и безопасности строительных и реставрационных работ.

Инъекционное закрепление оснований зданий и сооружений является передовым и эффективным методом, который помогает укреплять и восстанавливать фундаменты, а также подземные и заглубленные конструкции. Указанный метод использует расширяющиеся растворы и разнообразные композиционные материалы, обеспечивая устранение дефектов и повышение устойчивости и продолжительности службы инженерных сооружений. [3]

Технология показывает отличные результаты в обеспечении стабильности и безопасности строительных объектов, начиная от жилых зданий и заканчивая крупными инфраструктурными проектами. Непрерывные исследования и инновации в области композиционных материалов открывают новые возможности для решения сложных инженерных задач. Особенно обнадеживает прогресс в разработке экологически чистых и биологически активных компонентов, а также внедрение нанотехнологий и умных композитов, которые обещают дальнейшее развитие этой технологии. Инновации не только улучшают качество ремонтных и строительных работ, но и способствуют устойчивому развитию в строительной индустрии.

Важно тщательно оценивать состояние оснований и сооружений перед применением инъекционных технологий, чтобы выбрать наиболее подходящие материалы и методики. Сертифицированные и экологически безопасные композиционные материалы гарантируют долговечность и безопасность конструкций. К тому же крайне важно, чтобы рабочие и инженеры, задействованные в проекте, обладали необходимыми навыками и квалификацией для работы с инъекционными технологиями. Регулярные осмотры и техническое обслуживание инъектированных участков помогают предотвращать новые повреждения и продлевать срок службы сооружений, поддерживая их в оптимальном состоянии.

Таким образом, технология инъекционного закрепления оснований занимает ключевую роль в современном строительстве, обеспечивая надежность и безопасность зданий и сооружений на долгие годы. С её помощью строительная индустрия может не только решать текущие задачи, но и адаптироваться к будущим требованиям и вызовам, сохраняя свою роль в развитии инженерных и строительных проектов по всему миру.

Список литературы:

1. Ермолаев В.А., Мацегора А.Г., Осокин А.И. Использование инъекции для улучшения строительных свойств грунта (на примере работ по объекту Синопская наб., д. 74) // Основания и фундаменты: межвузовский тематический сб. тр.- СПб.: СПбГАСУ, 2004.- С. 84-88.
2. Ибрагимов М.Н. Закрепление грунта инъекцией цементных растворов: монография / М.Н. Ибрагимов, В.В. Семкин. - М.: Идз-во АСВ, 2012.-256 с.
3. Кахаров З.В. укрепления основания фундаментов методом закрепления грунтов инъекцией растворов // Глобус: технические науки. 2019. №6 (30). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ukrepleniya-osnovaniya-fundamentov-metodom-zakrepleniya-gruntov-inektsiey-rastvorov.
4. Крицкий М.Я., Ваганов П.С., Ланис А.Л., Скоркин В.Ф. Об использовании метода напорной инъекции для уплотнения грунтового основания деформируемых зданий // Труды Международного геотехнического симпозиума, посвященного году Казахстана в России и 300-летию Санкт-Петербурга / Под.ред. акад. HAH PK Ш.М. Айталиева и проф. А.Ж. Жусупбекова, 16 сент. 2003г.- СПб., 2003.- С. 146-148.
5. Полищук А.И., Трепутнева Т.А. К вопросу усиления оснований деформированных зданий методом высоконапорной инъекции // Архитектура и строительство. Проблемы развития теории сооружений и совершенствования строительных конструкций: Тез. Докл. Междунар. Науч.-тех. Конф., 11-12 сентября 2002г.- Томск: Изд-во ТГАСУ, 2002. - С. 98-99.