Глубинное уплотнение грунтов

Глубинное уплотнение грунтов

Глубинное уплотнение грунтов при надлежащем качестве работ позволяет эффективно обеспечить высокую плотность и малую деформативность мощных толщ слабых грунтов. Его производят на всю глубину слабого слоя или на всю глубину активной зоны, влияющей на осадку сооружений. Методы глубинного уплотнения для сыпучих и связных грунтов имеют свои отличия, обусловленные различной способностью реагировать на динамические воздействия.

Глубинное уплотнение грунтовыми сваями. Сущность этого способа заключается в устройстве на определенном расстоянии друг от друга скважин, которые затем заполняют грунтом с уплотнением. Для образования скважин применяют способы, при которых грунт не извлекается на поверхность, а вытесняется в окружающий массив, в результате чего происходит его уплотнение. Сами скважины, заполненные трамбованным грунтом, еще более повышают несущую способность основания.

В просадочных грунтах, способных держать вертикальные стенки, скважины пробивают инвентарной сваей или специальным снарядом, состоящим из штанги и наконечника. Заполнение образовавшейся скважины осуществляется местным грунтом оптимальной влажности, который уплотняют (трамбуют) тем же снарядом. Обычно грунт теряет свои просадочные свойства при плотности сухого грунта ρd = 1,6 т/м3. Скважины пробивают через одну. Пропущенные скважины пробивают после полного заполнения предыдущих скважин.

Скважины для глубинного уплотнения грунтов устраивают также энергией взрыва, для чего в пробитую на всю глубину скважину-шпур диаметром 60–80 мм опускают цепной заряд из патронов взрывчатых веществ. После взрыва образуется скважина диаметром до 40 см. Затем её заполняют местным грунтом с оптимальной влажностью и уплотняют трамбовкой, в результате чего происходит дополнительное уплотнение грунта вокруг сваи.

При правильном подборе веса и расположения отдельных зарядов получается скважина равномерного диаметра по всей глубине, без каких либо горловин и трещин в уплотняемом массиве. При использовании энергии взрыва зона уплотнения распространяется на большее расстояние от оси скважины, чем при пробивке её снарядом. Кроме того, уплотнение массива грунта получается более равномерным.

Рыхлые мелкие и пылеватые пески, в том числе с прослойками и линзами супесей, суглинков, глин и илов уплотняют с помощью песчаных свай. В таких грунтах вертикальные стенки скважин не держатся, поэтому извлекать снаряд и забивать сваи песком надо одновременно. Для изготовления песчаных свай применяют инвентарные обсадные трубы диаметром 400–500 мм с самораскрывающимся башмаком (рис. 9.6), которые погружают вибропогружателем. При погружении трубы грунт вокруг сваи уплотняется. Затем трубу засыпают песком и одновременно заливают водой, после чего снова включают вибратор. Одновременно с подъёмом трубы наконечник под весом засыпанного грунта раскрывается, и песок заполняет скважину.

Рис. 9.6 Оборудование для устройства песчаных свай а — схема установки, б — самораскрывающийся наконечник инвентарной трубы. 1- инвентарная труба, 2 — отверстие для загрузки песка, 3 — вибропогружатель, 4 — стальная труба, 5 — шарнирные створки, 6 — теряемое кольцо.

Особенностью работы песчаных свай в водонасыщенных грунтах является то, что они работают как вертикальные дрены, ускоряя процесс уплотнения основания. Для увеличения радиуса и степени уплотнения грунта иногда применяют повторные погружения трубы в то же самое место и заполнение скважины песком.

Расчёты оснований, уплотнённых грунтовыми сваями, сводятся к установлению количества свай в основании сооружения и расстояний между ними. Грунтовые сваи, как правило, размещают в шахматном порядке в вершинах равносторонних треугольников (рис. 9.7), чем достигается наибольший эффект уплотнения. Расстояние t между осями свай назначают таким, чтобы получить нужную плотность грунта в межсвайном пространстве:

(9.2)

где ени еу- коэффициенты пористости природного и уплотнённого грунта.

Рис 9.7 Схема расстановки грунтовых свай

До начала основного производства работ по устройству грунтовых свай производится опытное уплотнение в отдельных скважинах с закладкой контрольных шурфов для отбора проб на плотность и влажность. Расчётное сопротивление оснований, уплотнённых грунтовыми сваями следует принимать по результатам штамповых испытаний.

После устройства грунтовых свай верхний недоуплотненный грунтовыми сваями слой грунта (буферный слой) либо срезают, либо доуплотняют поверхностным трамбованием. Фундаменты на уплотнённом основании возводят как на естественном.

К эффективным и нетрадиционным методам глубинного уплотнения грунтов следует отнести технологии, в которых используются пневмопробойники и раскатчики скважин. Эти машины просты, надежны, очень эффективны, обладают малой энергоемкостью, мобильностью, что позволяет вести работы в стеснённых условиях. Возможность проходки скважин разного диаметра и длины с различным их пространственным расположением обеспечивает эффективность технологии глубинного уплотнения грунта и позволяет оптимизировать этот процесс в зависимости от поставленной задачи, инженерно-геологических условий и условий производства работ.

Уплотнение грунтов пневмопробойниками. Пневмопробойник представляет собой снаряд с внутренним ударником, приводимым в действие подачей в него сжатого воздуха. Его отличительной особенностью является использование корпуса в качестве рабочего органа, образующего скважину путем радиального уплотнения грунта. Внедрение пневмопробойника в грунт происходит под действием ударов, наносимых ударником, движущимся внутри корпуса, по его переднему внутреннему торцу. Силы трения между наружной поверхностью корпуса и стенками скважины удерживают пневмопробойник от перемещения в обратном направлении под действием реактивных сил. Наличие осевой симметрии и значительная длина гарантируют сохранение заданного направления во время движения в грунте. Реверсивное устройство позволяет изменять направление ударов, а, следовательно, и направление движения пневмопробойника, то есть обеспечивает его возврат по скважине. Благодаря этому появляется возможность проходки «глухих» скважин любой пространственной ориентации. Использование разъёмного секционного расширителя позволяет примерно в 2 раза увеличить производительность работ по отношению к серийно выпускаемым пневмопробойникам за счёт ускорения извлечения его из грунта и одновременно повысить его долговечность за счёт уменьшения продолжительности работы в ударном режиме при обратном ходе. Для поддержания пневмопробойника при возвращении его из вертикальной или наклонной скважины используется тренога с ручной лебёдкой грузоподъемностью 500 кГ×с.

Технология глубинного уплотнения грунтов пневмопробойниками заключается в следующем. Пневмопробойник со стартового устройства запускается в работу и погружается в грунт (рис. 9.8), образуя скважину диаметром, равным диаметру снаряда, на нужную глубину (до 20 м). При этом вокруг скважины происходит радиальное уплотнение грунта.

Рис. 9.8 Технологическая схема глубинного уплотнения грунтов с применением пневмопробойника

а — первичная пробивка скважины, б и в — повторные проходки скважины,

г — стадия завершенных работ.

1 — пневмопробойник с расширителем, 2 — воздушный шланг, 3 — тренога с лебедкой; 4 и 5 — заполнитель первой и повторной засыпки,

6 — тощий литой бетон.

Реверсивным ходом пневмопробойник возвращается назад к устью скважины и извлекается из неё. Образовавшаяся скважина заполняется инертным материалом (местный грунт, песок, щебень, цементно-песчаная смесь, тощий бетон и т.д.) и проходка пневмопробойника повторяется. При этом заполнитель втрамбовывается в стенки скважины, вызывая дополнительное радиальное уплотнение грунта. Обычно делают не более 3-4 проходок. Большее количество проходок малоэффективно. После конечной проходки полость скважины заполняют местным грунтом или тощим бетоном с трамбованием. Радиус уплотненной зоны грунта с плотностью на её внешней границе rd= 1,6…1,65 т/м3 составляет при этом 3-4 диаметра пневмопробойника. За пределами этой зоны плотность грунта постепенно снижается и на расстоянии 6–7 диаметров снаряда остается природной. Точность проходки скважин очень велика, отклонение от оси из-за неоднородности грунта при глубине скважины 5-7 м не превышает нескольких сантиметров.

Особенно эффективно применение пневмопробойников в стеснённых условиях городской застройки, а также в тех местах, куда доступ обычным машинам и механизмам затруднён: тоннели метрополитенов, откосы земляного полотна автомобильных и железных дорог, подвалы зданий, котлованы и т.д. Производительность процесса определяется скоростью проходки скважин, количеством проходок, продолжительностью операций по заполнению скважин материалами и извлечению пневмопробойника из скважины.

Препятствием к применению пневмопробойника являются сухие слабоуплотняемые песчаные и переувлажненные глинистые грунты. В таких грунтах силы сцепления корпуса пневмопробойника с ними недостаточно для реализации эффекта его самодвижения в грунте. Валуны, остатки строительного мусора или другие преграды, находящиеся в грунте и сопоставимые по размерам с диаметром пневмопробойника, могут явиться причиной его отклонения от заданного направления, замедления движения или полной его остановки. Еще одним препятствием к широкому использованию пневмопробойников на застроенных территориях являются довольно значительные динамические воздействия.

а) б)

Рис. 9.9 Раскатчики скважин

а) раскатчик РС-250 (диаметром 250 мм), б) то же с обратным конусом.

От перечисленных недостатков свободны раскатчики скважин. Термин раскатчик скважин используется для названия рабочего органа, который деформирует грунт катящимися по боковой поверхности скважины телами. Раскатчик скважин (рис. 9.9) представляет собой ряд установленных на эксцентриковом валу конических катков, оси которых смещены и развернуты так, что при вращении вала катки по винтовой траектории внедряются в грунт, обеспечивая самопродвижение раскатчика. В этом случае скважина образуется за счёт последовательного вытеснения грунта от её оси к переферии. Приводом для раскатчика скважин может служить любой буровой станок с гидравлической осевой подачей. Поскольку каждым катком в определённый момент времени создаётся значительное радиальное усилие на стенку скважины, то раскатчик может осуществлять проходку в грунтах, содержащих галечник, щебень и другие твёрдые включения размером до 1/3 диаметра раскатываемой скважины. Кроме того, дополнительное осевое усилие, передаваемое раскатчику от привода, способствует увеличению скорости проходки, позволяет его реверсировать, а также осуществлять раскатку в торфах, обводненных и пластичных грунтах, где использование пневмопробойников не возможно по условиям работы.

Использование раскатчиков скважин даёт ряд преимуществ по сравнению с пневмопробойниками, основными из которых являются:

— отсутствие шума и вибрационных воздействий на близкорасположенные здания и сооружения;

— высокие скорости проходки, достигающие в некоторых грунтах 1 м/мин.;

— низкая энергоёмкость процесса;

— высокая точность направления проходки.

Диаметр уплотнённой зоны вокруг скважины, полученной при раскатке скважин и степень уплотнения грунта в её пределах заметно выше, чем при использовании пневмопробойника.

Известковые сваи.Для глубинного уплотнения сильнозаторфованных и глинистых грунтов иногда применяют известковые сваи. Пробитые в таких грунтах скважины заполняются негашеной комовой известью послойно с трамбованием, как и при устройстве грунтовых свай. Дополнительное уплотнение грунтов при этом способе происходит так же за счёт того, что известь в процессе взаимодействия с водой увеличивается в объёме на 60-80%. Кроме того, при гашении извести происходит выделение большого количества тепла (температура достигает 120-160 оС), что ведёт к снижению влажности уплотняемого грунта. Под воздействием выделяемой теплоты и возникающих физико-химических процессов между известью и грунтом, грунт вокруг сваи дополнительно упрочняется.

Сами известковые сваи после взаимодействия с водой быстро упрочняются. Прочность на одноосное сжатие составляет 1,0-2,5 МПа.

Недостатком известковых свай по сравнению с песчаными является то, что после гашения они становятся практически водонепроницаемыми и не способствуют дренированию основания.

Уплотнение просадочных грунтов предварительным замачиваниемосновывается на их способности самоуплотняться при водонасыщении под действием собственного веса. Уплотнение происходит только на той глубине, где напряжения от собственного веса грунта превышают величину начального просадочного давления. В верхней части просадочной толщи грунт остается недоуплотненным, поэтому дополнительно производится его поверхностное уплотнение. Одновременно с повышением плотности грунтов повышаются их прочностные характеристики, и уменьшается сжимаемость. В целом уплотненный массив грунта становится более прочным и устойчивым.

Просадочные лёссовые грунты обычно замачиваются с поверхности котлована. Для удобства производства работ котлованы для замачивания разбиваются на отдельные карты. На дне котлована отсыпается дренирующий слой из песка или мелкого гравия толщиной 10 см. Для сокращения сроков уплотнения грунтов на площадке бурят скважины, засыпают их песком, а потом подают в котлован воду.

При уплотнении грунта замачиванием просадки проявляются и за пределами уплотняемой площадки, поэтому данный метод целесообразно применять только на вновь застраиваемых территориях. При необходимости выполнить уплотнение грунтов на застроенных территориях необходимо предусматривать мероприятия, исключающие замачивание грунтов в основании существующих зданий.

Для полного устранения просадочных свойств грунтов метод предварительного замачивания часто применяют в комплексе с другими методами, например с устройством грунтовых подушек, применением тяжелых трамбовок, использованием взрывчатых веществ и пр.

Уплотнение просадочных грунтов подводными взрывамизаключается в одновременном взрывании в водной среде зарядов взрывчатого вещества (ВВ), расположенных по определенной сетке на некотором расстоянии от уплотняемого основания. Слой воды ниже зарядов обеспечивает равномерную передачу ударного воздействия на грунт. Вода, перекрывающая заряды, служит для гашения энергии взрыва, направленной вверх.

Характер уплотнения грунтов в значительной мере определяется их коэффициентом водонасыщения. При водонасыщенном состоянии грунтов большая часть энергии ударной волны воспринимается поровой водой. Степень уплотнения неводонасыщенных грунтов практически полностью определяется сжимаемостью скелета грунта.

Основными параметрами проекта уплотнения грунтов подводными взрывами являются: размеры котлована в плане и его глубина; количество воды, необходимое для замачивания котлована на заданную глубину; глубина воды в котловане перед взрывом; схема размещения и вес зарядов; методы контроля качества и техники безопасности.

На площадках I типа грунтовых условий уплотнение грунтов рекомендуется выполнять подводными взрывами. В этом случае заряды ВВ устанавливаются в воде по сетке через 0,6-1,2 м на расстоянии 0,3-0,4 м от дна котлована. После взрыва уплотняется верхняя часть сжимаемой толщи на глубину до 4-х м.

На площадках со II типом заряды ВВ размещают в скважинах на глубине от 4-х до 12-ти метров. В этом случае происходит уплотнение грунта в нижней части основания. Верхний слой мощностью 2-6 м доуплотняют другими способами.

Уплотнение песчаных грунтов глубинной вибрацией. Рыхлые пески хорошо уплотняются глубинными вибраторами, используемыми для уплотнения бетонной смеси, если в процессе работы вибратора в песок закачивать воду. Включенный вибратор погружается в грунт под действием собственного веса (рис. 9.10.а). Рядом с ним опускается перфорированная труба для подачи в песок воды под давлением 0,4-0,5 МПа. По достижении вибратором необходимой глубины производят его медленный (в течение 10-15 мин) подъём с помощью крана или треноги с лебёдкой. Радиус уплотнения глубинными вибраторами составляет 0,7-0,8 м. При использовании обычной вибробулавы толщина уплотняемого слоя может достигать 10 м. Для увеличения радиуса и глубины уплотнения используют вибропогружатели специальной конструкции (рис. 9.10.б). Для ускорения работ на стрелу иногда навешивают куст из нескольких вибропогружателей.

Рис. 9.10 Технологическая схема глубинного уплотнения грунтов глубинной вибрацией 1- трос, 2- граница уплотнения, 3- вибратор, 4- труба для подачи воды, 5- вибропогружатель, 6- трубчатая штанга, 7- ребра.

Размещают проходки вибратора по треугольной сетке, аналогично пробивке скважин под грунтовые сваи. Расстояние между точками уточняют по данным опытного уплотнения.

Уплотнение грунтов понижением уровня подземных водцелесообразно осуществлять в слабых грунтах, способных отдавать воду (илы, ленточные глины, заторфованные супеси и др.). Понижение поземных вод производят путём откачки воды через иглофильтры. При понижении уровня грунтовых вод за счёт снятия взвешивающего давления воды напряжения в скелете грунта существенно возрастают. В случае длительно действующих откачек это приводит к уплотнению слабых грунтов.

Уплотнение грунтов статической нагрузкой с вертикальным дренированиемвыполняют в слабых водонасыщенных глинистых грунтах, находящихся в текучем и текучепластичном состоянии, илах, торфах. Эти грунты обладают малой водопроницаемостью. Поэтому для уплотнения таких грунтов применяют комбинированный метод, заключающийся в устройстве в толще слабого грунта вертикальных дрен с одновременным нагружением его поверхности статической нагрузкой, роль которой играет грунтовая насыпь. В результате приложенной нагрузки в поровой воде возникает напор, а дрены сокращают пути фильтрации отжимаемой воды. Для обеспечения беспрепятственного отвода отжатой воды на поверхности грунта (под насыпью) устраивают пластовый дренаж (песчаную подсыпку) сообщающийся с дренами (рис. 9.11). Размеры насыпи назначают с таким расчетом, чтобы давление по её подошве превышало давление, передаваемое на слабый грунт проектируемым сооружением.

Рис. 9.11 Технологическая схема уплотнения грунтов статической нагрузкой с вертикальным дренированием

1 — слабый грунт, 2 — дрена, 3 — песчаный пластовый дренаж, 4 — насыпь, 5 — прочный грунт.

Песчаные дрены изготавливают аналогично песчаным сваям, но располагают значительно реже. В последние годы появилось много синтетических инвентарных дрен различной конструкции. Их погружают специальными машинами.

Недостатком глубинного уплотнения статическими нагрузками с вертикальным дренированием является потребность в больших объёмах грунта для отсыпки насыпей, которые после завершения уплотнения приходится частично убирать.

Глубинное уплотнение грунта

Для уплотнения рыхлых с е0> 0,75 песчаных отложений используется а) метод гидробивроуплотнения (рис 5).

С поверхности грунта в уплотняемое основание погружается труба, на конце которой размещенгидровибратор. В трубу подается необходимое количество воды, до достижения уплотняемым основанием оптимальной влажности. Труба вместе с гидровибратором подвешивается к стреле крана и под действием собственного веса погружается в уплотняемое основание. В результате процесса погружения и извлечения гидровибратора грунт уплотняется в объеме цилиндра диаметром 1,5…2 м и высотой до 10 м, и основание переходит в категорию средней плотности.

В случае необходимости для достижения основанием повышенной плотности, данный метод может сочетаться с поверхностным уплотнением.

б) метод уплотнения песчаными и грунтовыми сваями(рис. 6).

Порядок данного метода уплотнения основания заключается в следующем:

С поверхности уплотняемого основания погружается металлическая труба с раскрывающимся наконечником (происходит процесс уплотнения основания вокруг погружаемой трубы).

После погружения трубы на необходимую отметку, наконечник трубы раскрывается и труба извлекается с одновременным заполнением песком с виброуплотнением. В лессовых грунтах заполнение трубы осуществляется местным грунтом с необходимым увлажнением.

После извлечения трубы в уплотняемом основании образуется песчаная (грунтовая) свая, выполненная с заданной степенью плотности вместе с окружающим около свайным пространством.

Чем чаще сделаны сваи, тем большую степень уплотнения получает грунт основания. Для избежания выпора грунта в котлован при уплотнении головы сваи, котлован может разрабатываться после уплотнения основания сваями (рис. 7).

Необходимое количество песчаных свай для уплотнения основания может быть определено исходя из следующего условия:

где е0, еупл. – соответственно, коэффициенты пористости грунта основания до и после уплотнения, последний, также как и fсв — площадь поперечного сечения сваи, задаются в процессе проектирования; Fупл.=1,4в х 1,4l — площадь уплотненного основания; в, l — соответственно ширина и длина проектируемого фундамента.

Следует отметить, что для связных водонасыщенных грунтов подобные сваи могут изготавливаться методом виброштампования (пневмопробойником) и заполняться щебеночно-песчаной смесью с добавлением цемента.

в) метод уплотнения приложением нагрузки

Глубинный процесс уплотнения основания происходит и при приложении к нему уплотняющей нагрузки (в виде отсыпанной насыпи) (рис

Для глинистых грунтов подобный процесс уплотнения основания происходит довольно медленно (теория фильтрационной консолидации в механике грунтов), продолжающийся до нескольких десятков лет.

В целях сокращения сроков процесса уплотнения основания, используются искусственные дрены, способствующие убыстрению процесса фильтрационной консолидации.

г) метод уплотнения понижением уровня грунтовых вод

Известно, что грунт расположенный ниже уровня грунтовых вод (У.Г.В.) испытывает взвешивающие действие воды, которое проявляется в виде снижения величины удельного веса грунта. При искусственном водопонижении, грунт оказывается выше У.Г.В., что приводит к увеличению удельного веса грунта и, как следствие, к уплотнению основания.

Следует учитывать и негативные последствия данного явления, когда вместе с уплотнением основания получают дополнительные осадки и расположенные на данной территории сооружения.

д) метод уплотнения взрывами

Применение данного метода эффективно при освоении новых (не застроенных) территорий. Взрывами уплотняются большие объемы грунта, с использованием предварительно пробуренных шпуров, в которые помещаются взрывчатые вещества (В.В.). Использование В.В. требует особого подхода к решению поставленных инженерных задач и связано с повышенным риском в период производства взрывных работ.

Метод уплотнения грунтовых оснований взрывами находит применение в гидротехническом строительстве.

е) метод уплотнения замачиванием

Данный метод имеет ограниченное применение и используется лишь для лессовых оснований (см. механику грунтов). Предварительное замачивание лессовых оснований разрушает структуру лесса и вызывает его просадку под действием собственного веса, т.е. происходит процесс уплотнения

Уплотнение грунтов оснований на используемых или застроенных территориях часто затруднительно, в этом случае прибегают к закреплению грунтов.

Дата добавления: 2016-05-11; просмотров: 1188;

Строй-справка.ру

Навигация:
Главная → Все категории → Фундаменты

Методы уплотнения грунтов оснований

Методы уплотнения грунтов оснований

В практике современного строительства для улучшения работы и свойств грунтов оснований часто применяют уплотнение грунтов. Используют следующие методы уплотнения: поверхностное; глубинное динамическими воздействиями; устройство грунтовых свай; статической нагрузкой; с помощью искусственного водопонижения.

Поверхностное уплотнение используют для устройства песчаных й грунтовых подушек, устранения просадочности макропористых и рыхлых песчаных грунтов, а также свежеуложенных связных и насыпных грунтов при степени влажности 5Г

Поверхностное уплотнение осуществляют тяжелыми трамбовками массой от 1 до 10 т (рис. 12.3, а), подъем и сбрасывание которых производят с помощью крана с высоты 4…8 м и более.

Рис. 12.3. Схемы уплотнения грунтов: 1 – петля для подъема; 2 — арматурный каркас; 3 — стальное окаймляющее кольцо; 4 — подъемный механизм; 5 —трос; 5 —вибратор; 7—граница уплотнения; 8 — вибропогружатель; 9 – стержень из трубы; 10 — приваренные металлические планки; 11 — контурная траншея; 12 – поверхность уплотняемого грунта; 13 — скважины; 14 — непросадочный грунт; 15 — граница зоны уплотнения; 16 — неуплотняемый грунт; 17 — стакан; 18 — фундамент; 19 — уплотненный грунт; 20 — щебень

Применяют и другие механизмы для поверхностного уплотнения грунтов, в частности пневматические трамбовки, различного типа катки и виброплиты. Глубина уплотняемого грунта А, м, ниже дна котлована в зависимости от типа применяемых механизмов приведена ниже.

Уплотнение грунтов выполняют до плотности сложения, при которой они приобретают деформативность, не выше заданной в проекте, и требуемую прочность.

Уплотнение грунтов с помощью трамбовок ведут до тех пор, пока поверхность грунта при каждом последующем падении не будет опускаться на одну и ту же величину, называемую «отказом». Размер отказа ориентировочно принимают равным для пылевато-глинистых грунтов 1…1,5 см, песчаных — 0,5.. 1 см. Отказ достигается после 8… 12 ударов по одному следу. Режим уплотнения устанавливается экспериментально в зависимости от грунтовых условий на строительной площадке.

Если грунт не обладает оптимальной влажностью для уплотнения, то грунт основания доувлажняют с помощью подачи дополнительного количества воды в котлован, а к уплотнению приступают через 12…24 ч после проникновения влаги в грунт. Контроль за состоянием грунтов до, во время и после уплотнения осуществляют с помощью отбора образцов или зондирования.

Разработка котлована осуществляется на глубину с недобором до ожидаемого понижения поверхности грунта при его уплотнении. Если уплотнение не удается выполнить на требуемую глубину, используют послойную укладку с уплотнением каждого слоя грунта.

При уплотнении грунтов катками значение оптимальной влажности назначают по формуле (12.5), а количество требуемой массы воды для уплотнения и ориентировочное понижение дна котлована — по формулам (12.6), (12.7).

Поверхностное виброуплотнение Осуществляют виброкатками, самоходными вибротрамбовками и виброплитами, масса которых колеблется в пределах 0,25…20 т при частоте колебаний от 600 до 3000 в минуту. Этот способ применяют при послойной укладке в основном несвязных грунтов при устройстве песчаных подушек, оснований под полы и оборудование.

В условиях строительства тяжелые трамбовки стали использовать для устройства столбчатых фундаментов в вытрамбованных котлованах, которые применяют в основном под относительно легкие каркасные здания, возводимые на просадочных, насыпных и связных грунтах со степенью влажности 5Г

Вытрамбовывание котлованов осуществляют с помощью специального навесного оборудования, устанавливаемого на кранах и экскаваторах. В результате вытрамбовывания получают круглые или прямоугольные в плане котлованы под отдельные фундаменты требуемой глубины, в которые укладывают монолитный бетон с Устройством стакана или подколенника.

Применение такого способа устройства фундаментов обеспечивает плотное примыкание стенок и подошвы фундамента к грунту, ключает обратную засыпку пазух и увеличивает несущую способность за счет участия в работе уплотненного грунта как по подошве.

В некоторых случаях при использовании слабых грунтов в котлован подается щебень, который при вытрамбовывании образует уширение, тем самым повышая несущую способность основания в 1,5…3 раза, в зависимости от количества втрамбованного щебня (рис. 12.3, е).

Использование фундаментов в вытрамбованных котлованах приводит к сокращению трудозатрат в 3…5 раз, объема земляных работ до 100%, расхода бетона и арматуры до 50% и объема опалубочных работ до 100%. При этом удельное сопротивление грунтов увеличивается в 5… 10 раз, а модуль деформации — в 2…5 раз. Общее снижение стоимости работ при устройстве фундаментов с помощью данного метода достигает 50…60%.

Для уплотнения песчаных грунтов значительной мощности применяют глубинное уплотнение динамическими воздействиями. Виброуплотнение производят двумя способами: вибраторами (рис. 12.3, б) или погружением в грунт стержня, прикрепленного к вибропогружателю (рис. 12.3, в). Колебательное движение, передаваясь окружающему грунту, вызывает его постепенное уплотнение. Если в основании имеются ненасыщенные водой пески, то к зоне вибрирования подается вода.

Вибраторы обычно применяют для уплотнения грунтов глубиной от 1 до 10 м. Для уплотнения грунтов на глубине 5…20 м используют вибропогружатели, которые крепят к трубчатому стержню с приваренными к нему горизонтальными планками (рис. 12.3, в). Для ускорения работ при виброуплотнении иногда применяют вибраторы, закрепленные на специальной металлической раме, которая поднимается и опускается с помощью подъемного крана. Вибрацией уплотняют все виды песчаных грунтов.

С помощью взрывов уплотняют и основания, сложенные проса-дочными лёссовыми грунтами. Для этого площадку строительства окружают контурной насыпью по периметру предполагаемого котлована и замачивают грунт, подавая воду в предварительно npooyренные фильтрующие или совмещенные скважины. Далее в эти скважины устанавливают заряды в трубках и производят взрывы! следущие один за другим с интервалом в несколько секунд (рис. 12.3, г). Грунт, уплотненный таким образом, в результате замачивания и глубинных взрывов теряет просадочные свойства и может быть использован в качестве основания даже для строительства тяжелых зданий и сооружений. При использовании данного метода плохо уплотняется поверхностный слой грунта толщиной 2…3 м, который доуплотняют с помощью тяжелых трамбовок или подводными взрывами.

Глубинное уплотнение грунта с помощью песчаных и грунтовых свай используют чаще всего в макропористых просадочных грунтах, рыхлых пылеватых и мелких песках, а также слабых сильно сжимаемых заторфованных грунтах. Для грунтовых свай чаще всего применяют местный связной грунт. Этот тип свай используют для уплотнения только макропористых просадочных грунтов. Для остальных типов грунтов применяют песчаные сваи, которые изготовляют с помощью инвентарных труб с раскрывающимся башмаком (рис. 12.4, а). Инвентарные трубы погружают в грунт с помощью забивки или вибрирования. По достижении требуемой отметки в трубу послойно укладывают песок с последующей его трамбовкой и постепенно извлекают инвентарную трубу (рис. 12.4, б, в). При включенном вибраторе трубу извлекают, тем самым уплотняя песок.

Рис. 12.4. Уплотнение грунта песчаными сваями:
а — конструкция раскрывающегося башмака; б — изготовление песчаной сваи; в, г — размещение свай; 1 — инвентарная труба; 2 — шарнир; 3 — раскрывающиеся створки; 4 — теряемое кольцо; 5 — песчаная свая; 6—граница зоны уплотнения

Сваи размещают, как правило, в шахматном порядке и вершинах равносторонних треугольников (рис. 12.4, г).

Грунтовые сваи в лёссовых просадочных грунтах, которые способны удерживать вертикальные стенки без обрушения, сооружают с помощью инвентарного сердечника, который при забивке дополнительно уплотняет окружающий грунт. После забивки сердечник извлекают и в полученную скважину укладывают грунт с последующим послойным трамбованием.

Для уплотнения насыщенных водой заторфованных песков и слабых насыщенных водой пыл ев ато-глинистых грунтов используют известковые сваи, устанавливаемые с помощью инвентарных труб, в которые засыпают гашеную известь. Гашение извести происходит в результате воздействия воды, находящейся в грунте. В процессе гашения известь, увеличиваясь в объеме, уплотняет окружающий грунт.

Поверхностное и глубинное уплотнение, а также уплотнение с помощью песчаных свай выполняют не только непосредственно под подошвой возводимого фундамента, но и на участках, прилегающих к зонам наибольшего давления. Ширина уплотняемого участка вокруг контура подошвы должна находиться на расстоянии 0,2Ь от грани подошвы, где Ь — ширина фундамента.

В тех случаях, когда с помощью вышеперечисленных способов невозможно добиться требуемого уплотнения грунтов, прибегают к уплотнению грунтов основания статической нагрузкой в виде насыпи. Этим способом улучшают грунты, обладающие малой водопроницаемостью, уплотнение которых связано с выдавливанием воды из пор. К такому типу грунтов относят слабые, насыщенные водой пылевато-глинистые грунты (очень пористые глины и суглинки в текучем и текучепластичном состоянии, илы и торфы).

Насыпь выполняют на поверхности грунта. Давление от нее должно несколько превышать давление от веса будущего сооружения. Чтобы исключить потерю устойчивости слабых грунтов основания, насыпь отсыпается послойно, тем самым обеспечивается равномерное возрастание нагрузки. Предварительно во всей толще основания для ускорения процесса уплотнения устраивают вертикальные дрены (рис. 12.5, а). Вертикальные дрены выполняют аналогично песчаным сваям, располагаемым на расстоянии 1..4 м друг от друга, либо из пластмассовой ленты в бумажном кожухе (рис. 12.5, б). Ленту пропускают через металлический кожух и закрепляют в его нижней части, затем с помощью специального агрегата кожух с заправленной лентой вдавливают в грунт до глубины, на которой выполняется дренирование. Далее кожух извлекают из грунта, оставляя ленту в грунте, которую над поверхностью обрезают и засыпают песком, образующим пластовым дренаж.

Слабые пылевато-глинистые грунты уплотняют с помощью искусственного водопонижения.

Искусственное водопонижение вызывает снятие взвешивающего: действия воды в соответствии с законом Архимеда, равноценное воздействию внешней нагрузки, что приводит к образованию дополнительных напряжений в скелете грунта. Таким образом, пылерато-глшшстыи грунт уплотняется в результате понижения уровня подземных вод и увеличения напряжений, а также уменьшения влажности за счет поступления поровой воды к катодам. При использовании электроосмотического водопонижения грунты основания уплотняются достаточно быстро с дополнительным увеличением прочности, т. е. одновременно происходит и его закрепление.

Рис. 12.5. Уплотнение грунта статической нагрузкой: 1 — пластовый дренаж; 2 — насыпной грунт; 3 — вертикальные дрены (стрелки показывают направления отжатая, воды); 4 — слабый грунт; 5 — плотный грунт; 6 — бумажный кожух; 7 — пластмассовая лента

При использовании водопонижения при пологой депрессионной кривой уровень грунтовых вод может понижаться на большой площади, вызывая уплотнение грунтов далеко за пределами предполагаемой территории застройки, что может привести к нежелательным дополнительным осадкам уже существующих зданий и подземных коммуникаций. Поэтому в условиях городского строительства этим методом следует пользоваться только после соответствующего обоснования или применять шпунтовое ограждение уплотняемой зоны.

Фундаменты глубокого заложения

Навигация:
Главная → Все категории → Фундаменты

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *