БизнесНаукаПромышленностьДомЗдоровьеПланетаРоссияОбществоДокументыБлогиTOP 100ГидФотоПомощьРассылкаРекламаКарта сайтаПраваКонтакты

Грунтовые подушки и армирование слабых оснований

 просмотров

вых. Характерной особенностью таких грунтов являются значительные и, как правило, неравномерные деформации под нагрузкой вследствие ослабления структурной прочности. Использование структурно-неустойчивых грунтов в качестве оснований может быть причиной потери устойчивости фундаментов зданий и сооружений в целом.

Для нового строительства на ослабленных грунтах необязательно применение свайных фундаментов. Анализ результатов инженерно-геологических изысканий, предшествующих строительству, во многих случаях позволяет определить мероприятия, направленные на улучшение строительных свойств ослабленных грунтов до такого уровня, когда они могут быть приняты в качестве естественных оснований.

Несмотря на то, что строительным свойствам структурно-неустойчивых грунтов уделяется большое внимание, актуальность этих вопросов не снижается.

14.1. Грунтовые подушки и армирование слабых оснований

Если на строительной площадке расположены слабые сильно сжимаемые грунты, обладающие низкой несущей способностью, то на глубине предполагаемого расположения фундамента необходимо предусмотреть устройство грунтовой подушки. При проектировании следует определить толщину и размеры ее в плане. Наиболее часто принимают толщину подушки 1,0-3,0 м, в пределах которой слабые слои грунта убирают. Проектирование грунтовой подушки сводится к следующему. Сначала подбирают материал для замены слабого грунта. Такими материалами могут быть щебень, гравий, шлак, песок. Они должны обладать незначительной сжимаемостью, высоким сопротивлением сдвигу, устойчивостью скелета при движении грунтовых вод. Устройство грунтовой подушки рассмотрено в главе 17 применительно к строительству на слабых грунтах.

На следующем этапе необходимо установить осадку от суммарной нагрузки и песчаной подушки в слое грунта ниже подошвы подушки. Если общая деформация грунтовой подушки и подстилающего слоя грунта под ней окажется больше допустимой величины для данного сооружения, то толщину подушки нужно увеличить до размера, при котором будет выполняться условие

. (14.3)

При устройстве грунтовых подушек необходимо по возможности использовать местные грунтовые материалы, поддающиеся уплотнению супеси, суглинки и глины. При этом надо укладывать грунт при оптимальных значениях влажности с контролем его плотности (16,5-17,5 кН/м3).

Таблица 14.1 – Методы и технические приемы улучшения

грунтовых оснований

Тип преобразования оснований

Методы

устройства

оснований

Виды оснований

и способы

их усиления

Грунтовые основания,

подлежащие усилению

до начала строительства

1

2

3

4

I

Замена грунта

Песчаные подушки (замена грунта)

Слабые сильносжимаемые грунты (илы, связные грунты в текучем состоянии, торфы, заторфованные, насыпные и просадочные грунты)

2. Грунтовые подушки из местного связного грунта

3.  Каменные, песчано-гравийные и другие подсыпки

Илы и другие слабые грунты, залегающие под слоем воды

II

Механическое уплотнение

1. Поверхностное уплотнение грунтов:

-  тяжелыми трамбовками

Макропористые просадочные, рыхлые песчаные, свежеуложенные связные и насыпные грунты при степени влажности

- катками, легкими трамбовками, тран-спортными средствами

То же при послойной укладке отсыпаемых грунтов

- площадочными вибраторами и другими механизмами

Рыхлые песчаные грунты при послойной укладке

-  вытрамбованием котлованов под отдельные фундаменты

Макропористые просадочные

(I тип просадочности) и другие пылевато-глинистые грунты при

2. Глубинное уплотнение грунтов:

Продолжение табл.14.1

1

2

3

4

-грунтовыми свая-ми из местного грунта

Макропористые просадочные

грунты

- песчаными сваями

Рыхлые пылеватые и мелкие пески, слабые сильносжимаемые заторфованные грунты

- виброуплотнением или гидровиброуплотнением взры-вами

Рыхлые песчаные грунты

-  предварительным замачиванием

Макропористые просадочные

грунты

-  предварительным замачиванием и глубинными взрывами

То же

3. Предварительное обжатие грунтов:

- понижением уровня подземных вод

Слабые сильносжимаемые водонасыщенные грунты (при снятии взвешивающего действия воды)

-  посредством

внешней пригрузки и устройства вертикальных дрен

Слабые сильносжимаемые пылевато-глинистые и заторфованные грунты

III

Закрепление

1. Силикатизация

Пески и макропористые просадочные грунты

1.  Закрепление синтетическими смолами

То же

3. Цементация

Трещиноватая скала, гравий и песчаные грунты

4.  Закрепление известковыми и грунто-цементными сваями

Слабые сильносжимаемые водонасыщенные пылевато-глинистые и заторфованные грунты

5.  Электрохимическое закрепление

Слабые пылевато-глинистые грунты

(при коэффициенте фильтрации )

6.  Электроосмос

Макропористые просадочные грунты

При устройстве ленточных фундаментов каждый слой (15-20 см) укатывают катками, а при устройстве отдельно стоящих фундаментов уплотняют виброплитами, пневмо - или вибротрамбовками.

Рис.14.1 - Усиление грунтового основания путем устройства шпунтового ограждения; 1 - фундамент;

2 – слабый грунт; 3 – шпунтовое

ограждение; 4 – плотный грунт;

5 – песчаная подготовка

При использовании недостаточно уплотненного слоя мелкого песка в качестве основания практикуется ограждение его шпунтами из металла, железобетона иди древесины (рис.14.1). Шпунт погружают в плотный слой и создают конструкцию из фундамента, шпунта и песчаной подготовки. В таких ограждениях исключается возможность выпирания грунта в стороны из-под фундамента, увеличивается его несущая способность, ограничивается боковое расширение грунта при деформации основания и значительно снижаются осадки.

В последние годы получил развитие метод армирования слабых грунтов специальными лентами, изготовленными из металла или пластика (геотекстиль) (рис.14.2). Армирующие элементы должны обладать достаточной прочностью, устойчивостью от гниения и шероховатостью для сцепления с грунтом. Металлическую сетку тщательно изолируют для предотвращения коррозии. Армирование грунтового основания увеличивает его несущую способность за счет восприятия касательных и горизонтальных напряжений; снижает осадку фундамента.

Рис.14.2 - Усиление грунтового основания под фундаментом

армированием (а), при устройстве насыпи (б), обратной

засыпке (в): 1 – фундамент; 2 – армирующие элементы;

3 – песчаная подушка; 4 – насыпь; 5 – подпорная стенка;

6 – призма обрушения

В Украине метод армирования оснований и фундаментных сооружений применяют в зонах техногенных отложений (бросовые земли – свалки, заболоченные погребенные участки территории и т. п.).

Имеющийся опыт армирования таких грунтов позволяет отметить следующее:

1. Осадка сооружений на армированных основаниях снижается по мере увеличения плотности грунта. Чем плотнее грунт, тем выше эффект армирования.

2. Чем прочнее армирующие элементы, тем выше эффект рассеивания напряжений, т. е. меньше осадка сооружения на армируемом слое.

3. Уплотнение грунта вне пределов области армирования повышает его несущую способность в горизонтальном направлении, уменьшая тем самым осадку сооружения.

4. Для двухслойных оснований, имеющих подстилающий слой, наиболее рациональным является армирование подушками верхней части несущего слоя.

5. Армированную верхнюю часть подушки можно рассматривать как податливую фундаментную плиту, а неармированную нижнюю часть – в качестве уплотненного распределительного слоя.

14.2. Механическое уплотнение грунтов

Поверхностное и глубинное уплотнение грунтов. При использовании слабых ненадежных грунтовых оснований добиваются изменения их механических свойств методами поверхностного или глубинного уплотнения.

К наиболее распространенным методам поверхностного уплотнения относятся: укатка, трамбование вибрационными механизмами, уплотнение подводными взрывами (электродинамическим способом), устройство вытрамбованых котлованов.

При глубинном уплотнении применяют песчаные и известковые сваи, гидровиброуплотнение, приложение статической нагрузки с устройством вертикального дренажа и водопонижением.

Повышение плотности грунтового основания методами поверхностного уплотнения зависит от начальных физико-механических свойств грунта, в том числе от начальной влажности и плотности сложения, а также от характера уплотняющего воздействия. Изменение плотности при уплотнении грунта проще всего контролировать с помощью динамического зондирования. На рис.14.3 приведен график зависимости глубины погружения зонда от ударов молота массой 21,5 кг с определением точки отказа уплотняемого грунта.

Уплотнение глинистых грунтов зависит от влажности и определяется по механической плотности скелета уплотненного грунта в сухом состоянии и оптимальной влажности (рис.14.4).

Оптимальную влажность пылевато-глинистых грунтов можно принимать при трамбовании

, (14.4)

при укатке

. (14.5)

- влажность на границе пластичности.

Рис.14.3 - Изменение уплотняемой поверхности в зависимости

от числа ударов (проходов): а – от общего числа ударов;

б – от каждых двух ударов; 1 – точка уплотнения отказа

Уплотнение пылевато-глинистых грунтов с влажностью более верхнего предела пластичности не допускается. При уплотнении песков степень влажности не должна быть больше 0,7.

Уплотнение грунтов укаткой. Дефицит площадей для строительства требует использования ранее непригодных по различным причинам территорий – пересеченных местностей, засыпанных оврагов и др. На таких

Рис.14.4 - Графическая зависимость плотности грунта

в сухом состоянии от влажности:

площадках при строительстве необходимо проводить предварительное уплотнение, срезку, укатку тяжелыми катковыми механизмами, виброкатками, трамбующими установками и т. п. Эти методы обеспечивают уплотнение грунтовых оснований на небольшую глубину, поэтому уплотнение производят послойно при многократном воздействии уплотняющих механизмов на подсыпаемый грунт. Уплотнение укаткой выполняют самоходными или прицепными катками на пневматическом ходу, тяжелыми гружеными автомобилями, тракторами и т. п.

В гражданском и промышленном строительстве для уплотнения котлованов, траншей, пристенных засыпок часто используют специальные трамбующие механизмы – виброплиты, работа которых основана на вибрационном или виброударном воздействии. При производстве этих работ следует особое внимание уделять качеству уплотнения.

Уплотнение тяжелыми трамбовками. Наиболее распространенным методом повышения плотности сложения насыпных, рыхлых песчаных и просадочных грунтов является уплотнение их с помощью тяжелых трамбовок. Высота сбрасывания трамбовки 5,0-10,0 м, диаметр 1,4-3,5 м, вес 25-150 кН (рис.14.5). К рабочему тросу крана-экскаватора подвешивают трамбовку, которая имеет в плане форму круга или многоугольника с числом сторон не менее 8. Как правило, трамбовку изготавливают на месте. Поддон и боковые стенки сворачивают из листовой стали толщиной 3-16 мм, образуя емкость, которую затем заполняют бетоном. Статическое давление тяжелых трамбовок на грунт должно быть не менее 15 кПа.

Уплотнение тяжелыми трамбовками (рис.14.5) осуществляют как для отдельно стоящих фундаментов, так и для всей площади котлована под сооружение. До начала производства работ обычно выполняют опытное уплотнение грунтов для уточнения режима и эффективности этой работы при различной влажности грунтов. При этом производят замеры деформации уплотняемой поверхности грунта с подсчетом количества ударов по одному следу до получения отказа, т. е. повторение осадки от одного удара.

Рис.14.5 - Схема поверхностного уплотнения грунта тяжелой

трамбовкой: 1 – уплотняемая полоса; 2 – полоса перекрытия;

3 – уплотненная полоса; 4 – места стоянок экскаватора;

5 - ось проходки экскаватора; 6 – трамбовка

Величину отказа принимают равной для пылевато-глинистых грунтов 10-20, для песчаных – 0,5-1,0 см. Главным критерием качества уплотнения является достижение грунтом заданной плотности сложения.

Эффективность уплотнения грунтов тяжелыми трамбовками определяется размером, весом, высотой сбрасывания трамбовки, степенью плотности, влажностью и структурной прочностью уплотняющегося грунта. Полученную величину уплотнения можно определить по результатам опытных работ или вычислить по формуле

, (14.6)

где - плотность скелета грунта до уплотнения; - плотность скелета грунта в пределах зоны уплотнения ; - коэффициент, учитывающий боковое расширение грунта; - наибольшая глубина уплотнения в зависимости от влажности ( - диаметр трамбовки; - коэффициент, учитывающий вид грунта, принимают для супесей и суглинков – 1,8, для глин – 1,5).

В сухой период года при уплотнении грунтов необходимо следить за влажностью грунта и при необходимости доувлажнять грунтовое основание до оптимального уровня влажности (14.4).

Трамбование производят с перекрытием следов отдельными циклами при постоянном повороте стрелы по мере перехода от одного следа к другому. По каждому следу делают по два-четыре удара трамбовки. Для перехода с одного цикла на другой изменяют вылет стрелы или кран переезжает в новое место. Такую последовательность работ выполняют по всей площади зоны уплотнения с последующей срезкой или подсыпкой грунта и дополнительной трамбовкой или укаткой до проектной отметки дна котлована.

Уплотнение грунта с помощью вытрамбованых котлованов. Этот метод заключается в образовании в грунтовом массиве котлована под фундамент путем сбрасывания в одно и то же место с высоты 4,0-8,0 м трамбовки весом 15-100 кН, имеющей форму будущего фундамента. Затем эту полость заполняют бетонной смесью, которая после твердения образует фундаментную конструкцию.

Вытрамбовывают котлованы и под отдельно стоящие следующие фундаменты: с плоской или заостренной подошвой, ленточные прерывистые фундаменты с уширенным основанием, получаемые путем втрамбовывания отдельными порциями в дно вытрамбованного котлована жесткого материала (щебня, песчано-гравийной смеси, крупного песка и т. п.). При вытрамбовывании полости грунт вокруг нее уплотняется, за счет этого увеличивается несущая способность основания и снижается деформируемость. При этом изготовление монолитного фундамента не требует применения опалубки.

На рис.14.6 показаны фундаменты в вытрамбованых котлованах и зоны уплотнения грунта вокруг них.

Рис.14.6 - Схемы устройства вытрамбованного котлована под

отдельно стоящий фундамент: а – с плоской подошвой;

б – с заостренной подошвой обычного типа; в – с уширенным

основанием; 1 – стакан для установки колонны; 2 – фундамент;

3 – зона уплотнения; 4 – втрамбованный жесткий материал

Сбрасывание трамбовки производят по направляющей штанге. Высоту сбрасывания назначают такой, чтобы погружение трамбовки

за один удар не превышало 0,15 глубины котлована.

Втрамбовывание жесткого материала в дно котлована проводят, как правило, сразу после вытрамбовывания котлована, не изменяя положения механизма и направляющей штанги.

В Харьковской национальной академии городского хозяйства на кафедре механики грунтов, фундаментов и инженерной геологии разработан и внедрен в экспериментальных и промышленных условиях электродинамический метод уплотнения грунтовых оснований на площадках, расположенных в поймах водоемов, а также сложенных насыпными супесями, рыхлыми песками и суглинками с прослойками ила в условиях высокого стояния УПВ [51]. Грунт уплотняют с помощью электрических разрядов, вызывающих ударные волны внутри грунтового массива. Процесс уплотнения грунта состоит из двух стадий: разрушение первичной структуры грунта и образование новой более плотной структуры в результате переукладки частиц.

Установка для уплотнения грунта электродинамическим методом смонтирована на колесном ходу (рис.14.7). Она имеет генератор для создания импульсов 1, подъемный механизм, состоящий из стрелы 3, лебедки 4, полиспаста 5 и электроимпульсного вибратора 2, создающего разряд мощностью 100 кВт.

Рис.14.7 - Установка для электродинамического уплотнения грунтов:

1-генератор импульсов; 2-электроимпульсный вибратор; 3-стрела;
4-лебедка; 5-полиспаст; 6-зона уплотнения.

Если на участке уплотнения естественная влажность недостаточная, перед началом работ площадку замачивают до полного водонасыщения. В процессе уплотнения в зону погружения разрядного устройства, подают воду под давлением 4 атм. В грунт разрядник погружается подмывом с одновременной подачей электрических разрядов с частотой от одного импульса за 2 с до пяти импульсов за 1 с. Разрядник перемещается вглубь с остановками через каждые 0,5-0,7 м. В результате электродинамического воздействия на грунт происходит уплотнение грунта в радиусе 1,5-2,0 м вокруг разрядника в зависимости от вида грунта и его начальной плотности. Плотность грунта в сухом состоянии доводят до 1,65-1,73 т/м3.

Глубинное виброуплотнение. Рыхлые песчаные грунты естественного сложения, а также несвязные грунты в насыпи при устройстве обратных засыпок требуют увеличения плотности укладки. Для этого применяют уплотнение методами вибрации с предварительным замачиванием водой (гидровиброуплотнение). Используются два вида виброуплотнения: первый – путем погружения в насыщенный водой песок вибробулавы, которая позволяет уплотнять рыхлые пески мощностью до 10,0 м, и второй – путем погружения в увлажненный песчаный грунт виброустановок типа ВУУП-4 и ВУУП-6 (рис.14.8), которые включают высокочастотные вибропогружатели с уплотнителем в виде металлической пространственной конструкции из трубчатой штанги диаметром 130 мм, длиной до 7,0 м с приваренными к ней по высоте через каждые 410-450 мм горизонтальными ребрами.

Динамическое воздействие установки вызывает вибрацию грунта. При необходимости установку снабжают системой подачи воды в зону уплотнения под давлением 4-6 атм. Установку крепят к крану на гусеничном или колесном ходу. Кран перемещается между точками погружения, в которых вибропогружатели опускаются до проектной отметки уплотнения. Радиус уплотнения глубинными вибраторами достигает 0,7-0,8 м. Расстояние между точками погружения принимают 2,0-3,0 м, уточняя их опытным путем. Общая глубина уплотняемой толщи может быть доведена до 20,0 м. При этом достигается плотность в сухом состоянии уплотненного грунта 1,7-1,8 т/м3. Качество уплотнения контролируют динамическим или статическим зондированием.

Грунтовые сваи. Еще одним методом повышения несущей способности просадочных и насыпных грунтов является глубинное уплотнение с пробивкой скважин. Для этого используют установки ударно-канатного бурения или кран экскаватора с навесным оборудованием (рис.14.9). При забивке ударного снаряда в грунт образуется скважина диаметром 0,4-1,0 м, а вытесненный в стороны грунт создает уплотненную зону шириной 1,4-3,6 м. Образовавшуюся скважину заполняют местным грунтом с последующим уплотнением (рис.14.11).

Еще одним методом глубинного уплотнения может служить уплотнение грунта энергией взрыва (рис.14.11). В предварительно пробуренные скважины диаметром 60-80 мм, расположенные на расстоянии 4-10 м одна от другой, погружают заряды взрывчатых веществ (ВВ) массой 5-12 кг, распределенные пакетами по глубине скважины. Пакеты электропроводами подключают к подрывномуустройству. После взрыва образуется вертикальная полость диаметром 500-600 мм, которую заполняют местным грунтом с послойным трамбованием. Скважины располагают в шахматном порядке, аналогично устройству песчаных свай (рис.14.12).

Рис.14.8 - Виброустановка ВУУП-6: 1 – вибропогружатель В-401;

2 – трубчатая штанга;

3 – стальные ребра

Рис.14.9 - Схема экскаватора

с навесным оборудованием

для глубинного трамбования

 

Рис.14.10 - Схема устройства грунтовых свай с применением сердечника: а – устройство скважины забивкой инвентарной сваи;

б – извлечение инвентарной сваи (сердечника); в – заполнение скважины грунтом с трамбованием; 1 – инвентарный башмак; 2 – сердечник; 3 – молот; 4 – трамбовка; 5 – уплотненный грунт заполнения

Рис.14.11 - Схема устройства скважин энергией взрыва:

а – разработка скважины-шпура; б – скважина-шпур, подготовленная к взрыву; в – готовая скважина; 1 – башмак; 2 – буровая штанга; 3 – наголовник; 4 – молот;

5 – деревянный брусок для подвески заряда; 6 – детонирующий шнур; 7 – заряд ВВ

 

Для уплотнения рыхлых песков, сильносжимаемых глинистых и заторфованных грунтов применяют песчаные сваи. Устройство грунтовых, в том числе, песчаных свай подробно рассмотрено в 17-й главе. Подъем трубы осуществляют с таким расчетом, чтобы в ней каждый раз оставался слой песка толщиной не менее 1,0 м.

Рис.14.12 - Схема размещения песчаных свай в плане:

1 – песчаная свая;

2 - зона уплотнения

Устройство вертикальных песчаных дрен. При строительстве зданий и сооружений часто приходится осваивать территории со слабыми водонасыщенными грунтами. В этом случае используют подсыпку из песчаных грунтов, хорошо фильтрующих воду. Подсыпку устраивают в виде песчаной подушки как под отдельно стоящие или ленточные фундаменты, так и под весь комплекс сооружения. Это позволяет уменьшить величину осадок или значительно снизить их неравномерное оседание. Песчаная подушка играет роль пригружающего слоя и способствует отжатию поровой воды. При устройстве подушек используют средне - и крупнозернистый песок, щебень, гравий или гравийно-песчаные смеси.

Расчет песчаной подушки заключается в определении ее размеров (высоты, горизонтальных размеров), проверке устойчивости на действие горизонтальных сил. Для этого необходимы данные о гранулометрическом составе песка, способе уплотнения, коэффициенте пористости и модуле деформации при уплотнении. Устойчивость песчаной подушки определяют путем сравнения величин давления: активного (за счет нагрузки от фундамента и песчаного грунта подушки) и пассивного , которое может воспринимать слабый слой грунта. Пассивное давление принимают равным .

В соответствии с теорией фильтрации время уплотнения водонасыщенного грунта прямо пропорционально квадрату расстояния до дренажной поверхности. С целью ускорения отжатия воды из грунтового основания, а, следовательно, и уменьшения времени его уплотнения на расстоянии 2,5 м друг от друга и на глубину до 20,0 м устраивают вертикальные песчаные дрены диаметром 400-600 мм (рис.14.13). План расположения дрен, их сечение и шаг устанавливают расчетом из условия 90 %-ной консолидации грунтового основания, от сроков уплотнения строительной площадки.

Рис.14.13 - Уплотнение грунтового основания путем приложения

статической нагрузки (подсыпкой): 1 – плотный грунт; 2 – нагружение

насыпным слоем; 3 – пластовый дренаж; 4 – вертикальные дрены

Диаметр зоны влияния дрен равен ( - шаг дрен). Вертикальные дрены объединяют по верху песчаной подушкой толщиной 0,6-1,0 м, которая служит горизонтальным дренажом для отвода из них отжатой поровой воды. Для этого создается пригрузочная насыпь 2.

Устройство песчаных дрен выполняют путем погружения в грунт самораскрывающихся пустотелых металлических труб диаметром 400-600 мм. По мере извлечения труб скважины засыпают песком.

В ряде случаев, когда имеются затруднения с доставкой песка, применяют дрены из искусственных материалов. Картонные дрены изготавливают из непромокаемого трехслойного картона сечением 3х100 мм с проходящими внутри каналами, площадь поперечного сечения которых 3,0 мм2. Для предохранения такой дрены от разрушения бактериями картон пропитывают солями мышьяка. Картонные дрены изготавливают в виде сплошных лент длиной 400 м. Они легко наматываются на барабан, а в грунт укладываются механизированным способом. Дрены могут также изготавливать из пластмассовых и тканевых материалов.

При строительстве сооружений на больших площадях и на сильносжимаемых водонасыщенных глинистых грунтах мощностью до 7,0 м для вертикального дренажа более экономичным является устройство вертикальных песчаных прорезей (рис.14.14). Прорези представляют собой траншеи глубиной до 5,0-6,0 м и шириной 60-80 см, засыпанные дренирующими материалами (песок, щебень). Над вертикальными дренирующими прорезями устраивают горизонтальную дренирующую подушку.

Рис.14.14 - Устройство вертикальных песчаных прорезей:

1 – горизонтальная песчаная подушка; 2 – дренирующие прорези

Для устройства песчаных вертикальных прорезей используются высокопроизводительные траншейные роторные экскаваторы.

14.3. Закрепление грунтов

В ряде случаев, когда грунты на строительных площадках по своему состоянию в природных условиях не удовлетворяют требованиям для использования в качестве естественного основания, возникает необходимость улучшения их строительных свойств. Для этой цели используют различные приемы и приспособления, позволяющие посредством нагнетания в ослабленный грунт закрепляющих веществ повысить прочность и устойчивость грунтовых массивов, на которых планируется новое строительство или где ранее возведенные сооружения находятся в аварийном состоянии.

Закреплению поддаются грунты, хорошо фильтрующие жидкие растворы или газовые смеси. В процессе закрепления грунтов между твердыми частицами устанавливаются новые более прочные связи за счет твердения вводимых реагентов. При этом не создаются дополнительные механические и динамические воздействия на окружающие здания и сооружения, а также прилегающие территории. Выбирают надлежащий метод закрепления грунтов в зависимости от вида грунтовых оснований, назначения возводимых сооружений, степени водопроницаемости грунта с учетом технико-экономического обоснования используемого метода.

Цементация грунтов (рис.14.15). Этот метод применяют для закрепления насыпных грунтов, средне - и крупнозернистых песков, отложений гальки и гравия, трещиноватых скальных и полускальных грунтов с коэффициентом фильтрации более 80 м/сут. Цементации поддаются трещины размером 0,15-0,20 мм, для лучшего заполнения которых в раствор вводят пластификаторы (мылонафты, сульфатно-спиртовую барду и др.).

Рис.14.15- Схема установки для цементации скальных и полускальных грунтов: 1 - инъектор; 2 – растворомешалка; 3 – компрессор;

4 – трубопроводы

Для цементации применяют цемент тонкого помола марки не ниже 400. Цементный раствор принимают в соотношении по весу цемента к воде равном 0,4-1,0. Инъекционные растворы подают под давлением через инъекторы, забитые в грунт или опущенные в пробуренные скважины. До начала работ оборудование, состоящее из растворомешалки, компрессора и трубопроводов, промывают чистой водой, затем в инъектор подают цементный раствор, который, проникая в грунт, через некоторое время цементирует его. Для цементации скальных трещиноватых пород в раствор добавляют мелкий песок.

Радиус закрепления, давление подачи раствора, расход цементного раствора и прочность цементируемых грунтов устанавливают опытным путем. Прочность грунта после затвердения цемента составляет 1,0-3,5 МПа.

Методом цементации производят также усиление тела фундамента при реконструкции зданий и сооружений.

Силикатизация грунтов (рис.14.16). Химический раствор (силикат натрия) легко проникает в поры песка и других грунтов, хорошо фильтрующих воду. Силикатизация - долговременное закрепление песков с коэффициентом фильтрации 0,5-80,0 м/сут, просадочных глинистых грунтов с коэффициентом фильтрации 0,2-2,0 м/сут и отдельных видов насыпных грунтов. Этим способом закрепления повышают прочность и ликвидируют просадочные свойства глинистых

грунтов в основаниях.

Рис.14.16 - Схема установки для силикатизации грунтов основания:

1 – инъектор; 2 – наголовник; 3 – насос; 4 – емкость для раствора;

5 – закрепленный грунт

Различают одно - и двухрастворный способы силикатизации. Во втором случае инъекторы (трубы диаметром 38 мм с отверстиями внизу (см. рис.14.17) погружают попарно на расстоянии 15-20 см друг от друга. Через один инъектор в грунт нагнетают раствор силиката натрия под давлением 1,5 МПа, а через соседний - раствор хлористого калия. В результате взаимодействия растворов образуется гель кремниевой кислоты, являющийся вяжущим веществом. Реакция закрепления имеет следующий вид:

Первое слагаемое этой формулы – соль кремниевой кислоты. Процесс гелеобразования протекает быстро, но получение прочного твердого состава достигается через 28 дней. Радиус закрепления составляет 0,3-1,0 м, приобретенная прочность грунта на сжатие - 2,0-5,0 МПа.

Двухрастворный способ силикатизации был впервые применен в гг. в песчаных грунтах с коэффициентом фильтрации 2,0-80 м/сут.

Рис.14.17 – Схема инъектирования химических растворов в песчаные и глинистые (просадочные) грунты:

а – инъектор;

б – массив закрепленного грунта

Для закрепления лессовых грунтов с коэффициентом фильтрации от 0,1 до 0,2 м/сут применяют однорастворную силикатизацию. Для этого вводят в грунт жидкое стекло, реакция которого с присутствующими в лессовых грунтах солями кальция обеспечивает необходимое закрепление.

Этот метод особенно эффективен при упрочнении макропористых лессовидных суглинков с высокой водопроницаемостью, в состав которых входят соли, играющие роль отвердителя жидкого стекла ().

В результате химической реакции зерна песка связываются в прочную камневидную массу (типа природного песчаника), в результате грунт приобретает прочность на сжатие 0,15-0,5 МПа.

Процесс закрепления происходит быстро, достигается прочность грунтообразования 2,0 МПа и более. Закрепленный грунт водоустойчив и, что самое главное, исчезают просадочные свойства лессовидного суглинка.

Для упрочнения песчаных и макропористых лессовых грунтов применяют газовую силикатизацию. В качестве отвердителя жидкого стекла используют углекислый газ (диоксид углерода). Сначала в скважину через инъекторы подают углекислый газ для предварительной активизации грунта, затем – раствор силиката натрия (жидкое стекло) и повторно углекислый газ для отвердения. В результате поры грунта на 95 % заполняются жидким стеклом, радиус закрепления увеличивается на 50-60 %, а расход жидкого стекла уменьшается на 60 %. Прочность закрепления грунта составляет 0,3-1,5 МПа.

При закреплении грунтов на открытой строительной площадке инъекторы располагают в шахматном порядке. Расстояние между рядами инъекторов определяют по формуле

, (14.7)

где - радиус закрепления, зависящий от коэффициента фильтрации и рецептуры закрепляющих растворов.

Окончательно технологию производства работ принимают после пробных закреплений грунта, которые позволяют найти оптимальный состав закрепителя и обеспечивают минимальную стоимость закрепления.

Этот метод применяли при реконструкции и усилении грунтовых оснований в Москве (Большого театр), Одессе (театр оперы и балета и др.), при строительстве метро в городах России, Украины, в Ташкенте.

Закрепление грунтов электрохимическим методом. Метод силикатизации наиболее эффективно проявляется в грунтах с коэффициентом фильтрации более 0,1-0,2 м/сут. В слабых же грунтах (илы, суглинки и глины в текучем и текучепластичном состоянии), имеющих меньший коэффициент фильтрации, используют электрохимиче ский метод закрепления. Чтобы обеспечить условия для создания прочного грунтового основания, необходимо направить движение закрепителя вместе с водой, находящейся в порах грунта, с помощью электротока от анода к катоду, т. е. пропустить в грунтовом основании постоянный электрический ток между электродами (рис.14.18).

При этом в грунтовое основание параллельно, на расстоянии 0,5-3,0 м погружают ряд перфорированных инъекторов для подачи жидкого стекла и хлористого кальция , а также ряд перфорированных иглофильтров, подключая их к источнику постоянного тока с напряжением 80-400 В. От инъекторов к иглофильтрам возникает движение грунтовой воды. Одновременно с движением воды и частичной ее откачкой происходит закрепление грунтового основания. При этом прочность последнего существенно возрастает. На 1 м3 закрепленного грунта расходуется

Рис.14.18 - Схема электрохимического метода закрепления грунтов

60,0-100,0 кВт энергии.

Смолизация грунтов. Для закрепления сухих и водонасыщенных песчаных грунтов с коэффициентом фильтрации 0,5-2,5 м/сут используют метод смолиза ции. Как и в случае силикатизации, через инъекторы в грунтовое основание вводят растворы органических соединений карбамидных, фенолформальдегидных или других синтетических смол с отвердителями – кислотами или кислотными солями. Через определенное время в порах грунта происходит затвердение введенных растворов и грунт

приобретает достаточно высокую прочность и водонепроницаемость. Радиус закрепленного грунтового основания составляет 0,3-1,0 м в зависимости от коэффициента фильтрации грунта. Широкое использование силикатизации в практике закрепления грунтов ограничено сравнительно высокой стоимостью метода. Его применяли при реконструкции основания под здание театра им. Кирова (Санкт-Петербург), при строительстве метрополитена в Украине (Харьков и др.).

Битумизация и глинизация грунтов. Оба метода используют чаще всего для снижения водопроницаемости грунтов.

Битумизацию в основном применяют для уменьшения попадания воды в трещиноватые скальные грунты. Для этого в пробуренные скважины под давлением нагнетают расплавленный битум или битумную эмульсию с коагулянтом. Битум заполняет полости и трещины в грунте. В результате фильтрация воды прекращается или значительно снижается.

Глинизацию применяют для уменьшения водопроницаемости песков. В этом случае через инъекторы, погруженные в грунт, закачивают водную суспензию бентонитовой глины. Глинистые частицы заполняют поры песка, вследствие чего водопроницаемость его заметно снижается. Расстояние между инъекторами составляет 2,0-4,0 м в зависимости от водопоглощения песчаных грунтов.

Термический метод используют для упрочнения маловлажных пылевато-глинистых грунтов, способных пропускать газ, а также для устранения просадочных свойств макропористых лессовых грунтов. Этот метод, разработанный под руководством проф. И. М.Литвинова, применяется с 1953 г. для увеличения прочности лессовидных суглинков.

Технология термического закрепления грунтов заключается в увеличении прочности структурных связей грунта под влиянием высокой температуры, в результате чего образуются прочные водостойкие структурные связи между частицами и агрегатами грунта. При обжиге теряется значительная часть химически связной воды, изменяются свойства грунта, уменьшается размокаемость, способность к набуханию и почти полностью исчезают просадочные свойства.

Рис.14.19 - Схемы термического закрепления грунтов при сжигании топлива в устье скважины (а) и при передвижении камеры сгорания вдоль скважины (б): 1 - трубопровод для жидкого топлива; 2 – то же, для воздуха; 3 – форсунка; 4 – затвор с камерой сгорания;

5 - скважина; 6 – просадочный лессовый грунт; 7 – зона

термического закрепления; 8 – гибкий шланг; 9 – натяжное

устройство; 10 – жароизолирующий материал

В пробуренные в грунтовом основании скважины диаметром 100-200 мм опускают форсунку с керамическим затвором (рис.14.19). Через форсунку подают топливо (газообразное или жидкое) и воздух под давлением для поддержания процесса горения. Подачу воздуха и топлива регулируют так, чтобы в скважине поддерживалась температура . При расходе воздуха 34-39 м3 на 1 кг топлива обеспечивается обработка 1 пог. метра сечения скважины и грунта. Термическую обработку одной скважины производят непрерывно в течение 5-12 суток, при этом закрепляется массив грунта диаметром 2,0-2,5 м, а прочность грунтового основания составляет 1,0-3,0 МПа.

Для создания необходимой формы и сечения упрочненного грунта контролируют температурный режим по длине скважины, так как при сжигании топлива в ее верхней части столб обоженного грунта приобретает форму усеченного конуса. Для увеличения поперечного сечения нижней части столба обожженного грунта надо регулировать процесс фильтрации нагретых в скважине газов. При перемещении форсунки по длине скважины получают обжиг грунта на отдельных участках, выделенных диафрагмами-отсекателями, в пределах которых поддерживается постоянная и заранее установленная температура, так как при температуре свыше 3500 происходит оплавление стенок скважины, а при температуре ниже 3000 не устраняются просадочные свойства грунтового основания.

Если обжиг грунта производится по всей площади основания проектируемого здания, то скважины должны быть размещены так, чтобы обожженные участки соприкасались друг с другом.

Контроль процесса термического закрепления сводится к определению количества тепла, которое поступает в скважину. После проведения обжига отрывают шурф, отбирают образцы грунта в сечении обожженного слоя от центра скважины и испытывают их на сжатие. Если обжигу подвергался массив грунта под здание, то проводят испытания подготовленного основания на глубине расположения фундамента штампом площадью не менее 10000 см2.

ГЛАВА 15

ФУНДАМЕНТЫ ГЛУБОКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

В слабых и, особенно, в водонасыщенных грунтах используют фундаменты глубокого заложения, к которым относятся опускные колодцы, кессоны, глубокие буровые опоры, тонкостенные оболочки и конструкции, возводимые по типу "стена в грунте". Все эти сооружения применяют для опирания фундаментов на глубоко расположенные и надежные слои грунта. Кроме того, с помощью перечисленных сооружений возможно устройство подземных помещений, предназначенных для гаражей, насосных станций, складских помещений, торговых центров, подземных переходов и т. п.

Прокомментируйте:

Регистрация
Мы в соцсетях:


Подпишитесь на рассылку:
Посмотрите по Вашей теме:

Проекты по теме:

Основные порталы, построенные редакторами

Бизнес и финансы

Бизнес: • БанкиБогатство и благосостояниеКоррупция(Преступность)МаркетингМенеджментИнвестицииЦенные бумагиНедвижимость(Аренда)ПрофессииРаботаТорговляУслугиФинансыБюджетФинансовые услугиКредитыКомпанииЭкономикаМакроэкономикаМикроэкономикаНалоги
Промышленность: • МеталлургияНефтьСельское хозяйствоЭнергетика
СтроительствоАрхитектураИнтерьерПолы и перекрытияПроцесс строительстваСтроительные материалыТеплоизоляцияЭкстерьер

Домашний очаг

ДомДачаСадоводствоДетиАктивность ребенкаИгрыКрасотаЖенщины(Беременность)СемьяХобби
Здоровье: АнатомияБолезниВредные привычкиДиагностикаНародная медицинаПервая помощьПитаниеФармацевтика

Мир

Регионы: АзияАмерикаАфрикаЕвропаПрибалтикаЕвропейская политикаОкеанияГорода мира
Россия: • МоскваКавказЭкономикаРегионы РоссииПрограммы регионов
История: СССРИстория РоссииРоссийская ИмперияВремя2016 год
Окружающий мир: Животные • (Домашние животные) • НасекомыеРастенияПриродаКатаклизмыКосмосКлиматСтихийные бедствия

Образование и наука

Наука: Контрольные работыНаучно-технический прогрессПедагогикаРабочие программыФакультетыМетодические рекомендацииШкола
Предметы: БиологияГеографияГеологияИсторияЛитератураЛитературные жанрыЛитературные героиМатематикаМедицинаМузыкаПравоЖилищное правоЗемельное правоУголовное правоКодексыПсихология (Логика) • Русский языкСоциологияФизикаФилологияФилософияХимияЮриспруденция

Общество

БезопасностьГражданские права и свободыИскусство(Музыка)Культура(Этика)Мировые именаПолитика(Геополитика)(Идеологические конфликты)ВластьЗаговоры и переворотыГражданская позицияМиграцияРелигии и верования(Конфессии)ХристианствоМифологияРазвлеченияМасс МедиаСпорт (Боевые искусства)ТранспортТуризм
Войны и конфликты: АрмияВоенная техникаЗвания и награды

Справочная информация

ДокументыЗаконыИзвещенияУтверждения документовДоговораЗапросы предложенийТехнические заданияПланы развитияДокументоведениеАналитикаМероприятияКонкурсыИтогиАдминистрации городовМуниципалитетыМуниципальные районыМуниципальные образованияМуниципальные программыБюджетные организацииОтчетыПоложенияПостановленияРегламентыТермины(Научная терминология)

Техника

АвиацияАвтоВычислительная техникаОборудование(Электрооборудование)РадиоТехнологии(Аудио-видео)(Компьютеры)

Каталог авторов (частные аккаунты)

Авто

АвтосервисАвтозапчастиТовары для автоАвтотехцентрыАвтоаксессуарыавтозапчасти для иномарокКузовной ремонтАвторемонт и техобслуживаниеРемонт ходовой части автомобиляАвтохимиямаслатехцентрыРемонт бензиновых двигателейремонт автоэлектрикиремонт АКППШиномонтаж

Бизнес

Автоматизация бизнес-процессовИнтернет-магазиныСтроительствоТелефонная связьОптовые компании

Досуг

ДосугРазвлеченияТворчествоОбщественное питаниеРестораныБарыКафеКофейниНочные клубыЛитература

Технологии

Автоматизация производственных процессовИнтернетИнтернет-провайдерыСвязьИнформационные технологииIT-компанииWEB-студииПродвижение web-сайтовПродажа программного обеспеченияКоммутационное оборудованиеIP-телефония

Инфраструктура

ГородВластьАдминистрации районовСудыКоммунальные услугиПодростковые клубыОбщественные организацииГородские информационные сайты

Наука

ПедагогикаОбразованиеШколыОбучениеУчителя

Товары

Торговые компанииТоргово-сервисные компанииМобильные телефоныАксессуары к мобильным телефонамНавигационное оборудование

Услуги

Бытовые услугиТелекоммуникационные компанииДоставка готовых блюдОрганизация и проведение праздниковРемонт мобильных устройствАтелье швейныеХимчистки одеждыСервисные центрыФотоуслугиПраздничные агентства