Кудрявцев И.А., Пироговский К.Н. Основания и фундаменты - файл n4.doc

Кудрявцев И.А., Пироговский К.Н. Основания и фундаменты
скачать (2777.3 kb.)
Доступные файлы (6):
n1.doc168kb.12.06.2003 11:40скачать
n2.doc886kb.21.07.2003 09:43скачать
n3.doc2376kb.29.05.2003 14:33скачать
n4.doc1292kb.12.06.2003 11:43скачать
n5.doc1095kb.23.05.2003 12:02скачать
n6.docскачать

n4.doc

3ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИСКУССТВЕННО

УЛУЧШЕННЫХ ОСНОВАНИЙ




3.1 Виды искусственно улучшенных оснований
Искусственно улучшенные основания устраивают в тех случаях, когда естественные основания оказываются недостаточно прочными или сильно сжимаемыми и их использование, как и применение свайных фундаментов, является экономически и технически нецелесообразным. При этом используются как конструктивные методы улучшения работы грунтов основания (устройство грунтовых подушек, устройство шпунтового ограждения, создание боковых пригрузок, армирование грунта и др.), так и методы улучшения свойств грунтов путем уплотнения и закрепления. В таблице 3.1 приведены наиболее часто встречающиеся искусственно улучшенные основания.
Таблица 3.1 – Способы искусственного улучшения оснований

Методы устройства оснований

Вид основания или способ его устройства

Грунтовые условия, при которых может применяться способ

1 Конструктивные

1 Песчаные подушки (замена грунта
2 Грунтовые подушки из местного связанного грунта

3 Каменные, песчано-гравий­ные и другие отсыпки


Слабые грунты в текучем состоянии, торфы, заторфованные и насыпные грунты

Вышеперечисленные и просадочные грунты

Илы и другие слабые грунты, залегающие под слоем воды

2 Механическое

уплотнение

1 Поверхностное уплотнение:

– тяжелыми трамбовками

– катками, легкими трамбовками и другими механизмами и транспортными средствами, вибраторами площадочными

2 Глубинное уплотнение:

– грунтовыми сваями из местного связного грунта

– песчаными сваями


Макропористые просадочные, рыхлые песчаные, свежеуложенные связные и насыпные грунты при степени влажности Sr < 0,7

То же, при послойной укладке

Макропористые просадочные грунты

Рыхлые пылеватые и мелкие пески, слабые сильно сжима­емые заторфованные грунты


П р о д о л ж е н и е т а б л и ц ы 3.1

Методы устройства оснований

Вид основания или способ его устройства

Грунтовые условия, при которых может применяться способ




– виброуплотнением или гидровиброуплотнением

– взрывами

– предварительным замачиванием

– предварительным замачиванием и глубинными взры­вами

3 Предварительное обжатие:

– понижением уровня подземных вод


– внешней пригрузкой и устройством вертикальных дрен


Рыхлые песчаные грунты
То же
Просадочные грунты


То же
Слабые сильно сжимаемые водонасыщенные грунты (при снятии взвешивающего действия воды)

Слабые сильно сжимаемые пылевато-глинистые и заторфованные грунты


3 Закрепление

1 Силикатизация

2 Смолизация

3 Закрепление с использованием высоконапорных инъекций и струйной технологии

4 Цементация
5 Закрепление известью

6 Электрохимическое закрепление
7 Электроосмос

8 Термозакрепление (обжиг)

Пески и просадочные грунты

То же

Пески, макропористые просадочные, пылевато-глинистые грунты

Трещиноватая скала, гравий и песчаные грунты

Слабые сильно сжимаемые водонасыщенные пылевато-глинистые и заторфованные грунты

Слабые пылевато-глинистые грунты (при коэффициенте фильтрации до 0,01 м/сут)

То же

Макропористые просадочные грунты


3.2 Проектирование и устройство грунтовых подушек
В наиболее напряженной зоне под фундаментами слабый грунт заменяется подушками из песка, гравия, щебня и других материалов. Основные требования к материалу подушек: малая сжимаемость, высокое сопротивление сдвигу, удобоукладываемость с заданной плотностью.

При устройстве песчаных подушек песок средний или крупный отсыпают в котлован и уплотняют либо послойно, либо в пределах всей высоты. При уплотнении должна быть обеспечена плотность грунта в сухом состоянии не менее 1,65 г/см3.

Расчет песчаных подушек сводится к определению их размеров и осадок таких оснований. Расчетное сопротивление грунта подушки принимается как для песков средней плотности. Высота выбирается таким образом, чтобы давление на подстилающий слой не превышало расчетного сопротивления R этого грунта. Для обеспечения устойчивости основания песчаная подушка должна также иметь достаточную ширину.

Принято считать, что устойчивость подушки заведомо обеспечена при распределении давления в ней под углом , составляющим 30–45 (рисунок 3.1). При этом для более слабых грунтов угол  принимается больше. В этом случае ширина подушки по низу
.


Рисунок 3.1 – Схема фундамента на песчаной подушке


При значительной высоте подушки ее объем получается достаточно большим. Другое значение ширины подушки может быть получено по методу Б.И. Далматова исходя из устойчивости призмы песка АВС – случай 1 (рисунок 3.2, а) или ABCD – случай 2 (рисунок 3.2, б). При расчете учитывается трение песка по поверхности АС и активное давление слабого грунта на вертикальную грань песчаной подушки, принимаемое равным гидростатическому давлению от собственного веса грунта. В случае «б» учитывают также

трение песчаной подушки о подстилающий слабый грунт на участке l (CD). Если ограничиться расчетом по случаю 1, то задавшись размерами песчаной подушки и несколькими положениями возможной поверхности скольжения АС (различные значения угла ), последовательными приближениями находят наименьшее давление по подошве фундамента, соответствующее условиям предельного равновесия:
,
где  и р – удельный вес заменяемого грунта и материала подушки соответственно; р – расчетное значение угла внутреннего трения материала подушки; (остальные обозначения приведены на рисунке 3.2).
а) б)


Рисунок 3.2 – Расчетные схемы песчаных подушек по Б.И. Далматову:

а – случай 1; б – случай 2
Среднее давление по подошве фундамента должно удовлетворять условию

где с – коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,1–1,2; n – коэффициент условий работы.


3.3 Поверхностное уплотнение грунтов
Поверхностное уплотнение грунтов применяется для устройства грунтовых подушек, устранения просадочных свойств макропористых грунтов, улучшения прочностных свойств и уменьшения сжимаемости грунтов.

Уплотнение грунтов ведется при оптимальной влажности wopt, для чего добавляется количество воды, т, на 1 м3 грунта:

,
где wopt – оптимальная влажность в долях единицы; w – естественная влажность грунта перед увлажнением; d – плотность грунта в сухом состоянии.

Оптимальная влажность принимается равной: для песка – 0,07–0,11; для супеси – 0,09–0,14; для суглинка – 0,13–0,19; для глины – 0,18–0,24. В тех случаях, когда w > wopt, грунт перед уплотнением подсушивают.

Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками. Такой способ уплотнения применяется для грунтов со степенью влажности Sr  0,6. Крупнообломочные грунты могут уплотняться при любой влажности. Для уплотнения грунтов используют металлические или железобетонные трамбовки массой от 2 до 10 т и более, подъем и сбрасывание которых производят с высоты 4–8 м и более. При этом создается слой уплотненного грунта 1,5–6 м (таблица 3.2).
Таблица 3.2 – Толщина уплотняемого слоя грунта

Уплотняющие машины и снаряды

Мощность уплотняемого слоя, м

Пневматические трамбовки

Катки:

гладкие

кулачковые

Виброкатки

Катки с падающим грузом массой 0,8–1,7 т

Виброплиты

Тяжелые трамбовки массой, т:

2–3

4,5–5

10

0,1–0,2
0,1–0,25

0,2–0,35

0,4–1,2

1,0–1,5

0,2–0,6
1,5–2,0

2,5–3,0

5,5–6,0


Мощность достаточно уплотненного слоя, м, можно приближенно определить по формуле
,
где d0 – диаметр рабочей поверхности трамбовки, м; k – коэффициент уплотняемости, принимаемый: для: песка – 1,55, супеси – 1,45, просадочных грунтов – 1,2–1,3, насыпного глинистого грунта – 1,2, глины природного сложения – 1.

При этом необходимо добиться, чтобы плотность сухого грунта на нижней границе уплотненного слоя была не меньше значений, приведенных в таблице 3.3.
Таблица 3.3 – Минимальные значения плотности сухого грунта на нижней границе уплотненного слоя

Грунты

d, т/м3

Пески

Супеси

Суглинки и глины в зависимости от IL

Лессовые просадочные

1,6

1,65

1,55–1,75

1,6


Вытрамбовывание котлованов. Данный метод устройства фундаментов применяется обычно при строительстве легких каркасных зданий на просадочных, насыпных и других, преимущественно связных, грунтах при степени влажности Sr < 0,7 и нагрузках на фундаменты примерно до 3 МН.

Котлованы под фундаменты заданной глубины вытрамбовываются сбрасыванием трамбовок массой 1,5–10 т с высоты 5–10 м. Чаще всего трамбовки имеют форму усеченной пирамиды или более сложной конфигурации. Так, например, при строительстве цехов ПО «Коралл» в г. Гомеле были использованы фундаменты в вытрамбованных котлованах с вытрамбованными в нижней части коническими сваями. Вытрамбовывание производилось специальными штампами (рисунок 3.3) с применением сваебойного копра.

Последовательность работ следующая: снимается почвенно-раститель­ный слой, производится вытрамбовывание котлована заданного размера, в котлован укладывается бетонная смесь с устройством стакана для колонны. В основании образуется зона уплотненного грунта с плотностью в сухом состоянии d = 1,6–1,9 т/м3.

При слабых грунтах в котлован может втрамбовываться щебень, в результате чего образуется уширение, что ведет к увеличению несущей способности основания.

Укатка грунтов Этот способ применяют при послойной укладке грунтов. Толщина уплотняемого слоя указана в таблице 3.2. По каждому слою каток делает до 8–10 проходов. Для уменьшения объемов работ за счет повышения эффективности укатки грунт уплотняют при оптимальной влажности. Определить оптимальную влажность можно экспериментально, уплотняя образцы при различной влажности ручным трамбованием, или по формуле
,
где wP – влажность на границе пластичности (раскатывания); w – изменение влажности, принимаемое в пределах 0,01–0,03.

В ходе уплотнения контролируют влажность и плотность сухого грунта и уточняют количество проходок катка.




Рисунок 3.3 – Вид штампа для вытрамбовывания котлована
Поверхностное уплотнение грунтов вибрированием. Этот способ применяется при послойном уплотнении песчаного или рыхлого насыпного связного грунта. Масса средств для виброуплотнения может колебаться от 0,25 до 20 т. Толщина уплотняемого слоя в зависимости от вида оборудования указана в таблице 3.2. Уплотнение ведется до почти полного прекращения остаточного оседания поверхности грунта (до «отказа»).
3.4 Глубинное уплотнение грунтов
Глубинное уплотнение производят на всю глубину слабого слоя или на всю глубину сжимаемой толщи, влияющей на осадку. Этот способ чаще всего применяется при уплотнении рыхлых мелких и пылеватых песков, в том числе с прослойками и линзами связных пылевато-глинистых грунтов и илов.

Глубинное динамическое уплотнение. Уплотнение рыхлых грунтов производят вибробулавами, взрывами, с помощью электроискровых импульсов и другими способами.

Вибробулавами уплотняют водонасыщенный песчаный грунт на глубину до 10 м. Если влажность недостаточна, в грунт по перфорированной трубе, погружаемой рядом с вибратором, подается вода (рисунок 3.4).
Г
лубинные водонасыщенные рыхлые песчаные грунты можно уплотнять при помощи камуфлетных взрывов зарядов аммонита весом 20–50 Н. Взрывы производят с 2–3-кратной повторностью. Другие методы еще не нашли широкого применения.

Устройство песчаных свай. Слабые глинистые грунты, рыхлые и слабые мелкие и пылеватые пески, в том числе с прослойками и линзами глинистых грунтов и илов, можно уплотнить песчаными сваями до глубины, на которой давление от сооружения становится допустимым для нижележащих слоев в их естественном состоянии.


Рисунок 3.4 – Гидровиброуплотнитель для песчаных грунтов
Песчаные сваи не являются прочными несущими стержнями, а являются лишь средством уплотнения и улучшения грунтов основания. Сваи в плане размещают в шахматном порядке (рисунок 3.5). На уплотненном основании фундамент возводят как на естественном. Порядок проектирования следующий:

1) определяют характеристики грунта по данным изысканий;

2) производят пробное уплотнение грунта и определяют коэффициент пористости е, модуль деформации Е и расчетное сопротивление R, испытывают основание штампом площадью не менее 4 м2. Среднее значение коэффициента пористости после уплотнения принимают: для песков мелких – 0,55–0,70, песков пылеватых – 0,60–0,75, суглинков и глин – 0,65–0,85;

3) определяют значение площади уплотненного основания

где l и bсоответственно длина и ширина фундамента, м.

Число рядов свай принимают не менее 3, при этом центры крайних рядов свай должны выступать за грани фундамента не менее чем на 1,5d (d – диаметр инвентарной трубы);

4) устанавливают расстояние L между сваями из условия, чтобы грунт приобрел проектную плотность во всем уплотняемом массиве:

где е и ес –коэффициенты пористости грунта соответственно до и после уплотнения;

5) определяют число свай:


где Ас и А – соответственно площадь уплотняемого основания и сечение сваи, м2.

Изготавливают песчаные сваи в инвентарных обсадных трубах (рисунок 3.6) диаметром 400–500 мм с закрывающимся башмаком в нижней части. Погружают инвентарные трубы в грунт свайными молотами или вибропогружателями. После погружения обсадной трубы ее заполняют песком на 1 м выше уплотняемой поверхности и заливают водой до уровня верха песка. Затем включают вибратор и постепенно поднимают обсадную трубу. При этом башмак раскрывается, и водонасыщенный песок под действием вибрации вытекает в скважину с одновременным уплотнением.




Рисунок 3.6 – Оборудование для устройства песчаных свай: 1 – инвентарная труба; 2 – отверстие для засыпки песка; 3 – вибропогружатель; 4 – стальная труба; 5 – створки; 6 – кольцо
Рисунок 3.5 – Схема основания, уплотненного песчаными сваями
Уплотнение грунтов грунтовыми сваями. Грунтовые сваи применяются для уплотнения просадочных грунтов. Изготовление скважины осуществляется за счет вытеснения грунта в стороны при забивке инвентарной сваи. Такая свая состоит обычно из металлической трубы d = 273 мм и инвентарного башмака диаметром 300 мм. Заполнение скважины всегда производится местным грунтом оптимальной влажности с послойным уплотнением трамбовками массой до 3 т.

Обычно грунт становится непросадочным при плотности сухого грунта > 1,6 т/м3. Из-за сложности контроля за процессом уплотнения, в проектах предусматривают плотность сухого грунта до d = 1,65–1,75 т/м3.

Ширина зоны уплотненного грунта в плане должна выступать за контур фундамента во все стороны не менее 0,1b, где b – ширина фундамента, но не менее 0,5 м. Тогда площадь уплотняемого основания, м2,
,
где l и b – длина и ширина фундамента; – ширина полосы уплотненного грунта вокруг фундамента.

Для грунтов, у которых просадки проявляются при незначительных давлениях, принимают = 0,2b, а при II типе просадочной толщи – не менее 0,5 величины этой толщи.

Уплотнение просадочных грунтов замачиванием. Для уплотнения лессовых и лессовидных грунтов на площадке бурят скважины, которые засыпают песком, а в песок подают воду до тех пор, пока не произойдет замачивание грунта на всю глубину. Под действием собственного веса грунт в нижней части просадочной толщи постепенно уплотняется, теряя свои просадочные свойства (деградация грунта). Грунт в верхней части остается недоуплотненным, и выполняется его поверхностное уплотнение трамбованием. Возможно предварительное замачивание совместно с глубинными взрывами.
3.5 Закрепление грунтов
Закрепление грунтов сопровождается существенным изменением их физико-механических свойств. Способ закрепления выбирается в зависимости от грунтовых условий. Способы закрепления грунтов можно разделить на химические и физико-химические.

К химическим относятся способы, в которых введением в грунт различных реагентов искусственно создают прочные и водостойкие связи между частицами (силикатизация, цементация, полимеризация, высоконапорные инъекции) либо грунту придают гидрофобные свойства.

К физико-химическим способам относятся закрепление грунтов электрическим током (электрохимическое и электроосмотическое закрепление), электросиликатизация, обжиг.
Силикатизация грунтов. Силикатизация заключается в нагнетании в грунт (через инъекторы) химических растворов, которые, реагируя между собой или с солями, содержащимися в грунте, образуют нерастворимый гель кремниевой кислоты (SiO2nH2O). Первоначально гель связан с большим количеством воды, но постепенно теряет воду, уплотняется и цементирует частицы грунта в камневидную массу. В зависимости от вида закрепляемого грунта применяют одно- и двухрастворный способ силикатизации.

Двухрастворный способ используют для закрепления песков с коэффициентом фильтрации kf = 2–80 м/сут. В грунт поочередно, заходками на глубину, равную длине перфорированной части инъектора, увеличенной на половину радиуса закрепления, нагнетают водные растворы силиката натрия (жидкого стекла) Na2OnSiO2 и хлористого кальция CaCl2. Радиусы зоны закрепления в зависимости от вида и свойств грунта и способа закрепления приведены в таблице 3.3. Концентрация раствора силиката натрия принимается в зависимости от коэффициента фильтрации закрепляемого грунта:


Коэффициент фильтрации kf, м/сут

Плотность раствора жидкого стекла модуля 2,5–3,0 при t = 18 С, т/м3

2–10

10–20

20–80

1,35–1,38

1,38–1,41

1,41–1,44

Плотность раствора хлористого кальция принимают 1,26–1,28 т/м3.
Таблица 3.3 – Радиус R закрепления грунта от одного инъектора

Грунты

Способ закрепления

Коэффициент фильтрации kf, м/сут

Радиус закрепления грунта R, м

Пески крупные и средние


Пески мелкие и пылеватые


Лессовые

Двухрастворная силикатизация


Однорастворная силикатизация


То же

2–10

10–20

20–50

50–80

0,3–0,5

0,5–1,0

1,0–2,0

2,0–5,0

0,1–0,3

0,3–0,5

0,5–1,0

1,0–2,0

0,3–0,4

0,4–0,6

0,6–0,8

0,8–1,0

0,3–0,4

0,4–0,6

0,6–0,8

0,8–1,0

0,3–0,4

0,4–0,6

0,6–0,9

0,9–1,0


Однорастворный способ применяют для закрепления лессовых грунтов, а также мелких и пылеватых песков. Для закрепления песчаных грунтов с коэффициентом фильтрации kf, = 0,5–5 м/сут в грунт нагнетают жидкое стекло с добавленным в него медленно действующим отвердителем (таблица 3.4)
Таблица 3.4 – Составы однорастворной силикатизации песчаных грунтов

Компонент

Плотность раствора при

t = 18 С

Объемное соотношение, ч

Приготовление

Фосфорная кислота

Силикат натрия

1,025

1,19

3–4

1

В емкость наливают заданное количество фосфорной кислоты, затем при помешивании добавляют силикат натрия

Серная кислота

Сернокислый

алюминий

Силикат натрия

1,06
1,06

1,19

1,3
0,7

1,5

В горячей воде растворяют сернокислый алюминий, остальную воду перемешивают с концентрированной серной кис­лотой. Тонкой струей вливают силикат натрия


При закреплении лессовых грунтов в них инъецируется раствор жидкого стекла с модулем 2,6–3 и плотностью 1,13 т/м3. Силикат натрия вступает в реакцию с имеющимися в грунте солями, которые способствуют гелеобразованию.

При двухрастворной силикатизации вначале нагнетают в грунт жидкое стекло заходками сверху вниз, а затем раствор хлористого кальция – заходками снизу вверх.

Прочность, приобретаемая грунтами после закрепления, приведена в таблице 3.5.
Таблица 3.5 – Прочность закрепленного грунта

Грунты

Коэффициент фильтрации kf, м/сут

Предел прочности на сжатие через 28 сут, МПа

Крупные и средние пески


Мелкие и пылеватые пески

Лессовые

5–10

10–20

20–80

0,3–5,0

0,1–2,0

3,5–3,0

3,0–2,0

2,0–1,5

0,5–0,4

0,8–0,6


Закрепление грунта смолизацией. В настоящее время закрепление грунтов этим способом чаще всего производят с помощью карбамидной смолы. Иногда используют фенолформальдегидные и фурфурольные смолы. Карбамидные смолы используются для омоноличивания сухих и водонасыщенных песков с коэффициентом фильтрации от 0,5 до 50 м/сут и для закрепления лессовых и лессовидных грунтов. Закреплению не подлежат песчаные грунты, в состав которых входит более 3 % глинистых фракций. При содержании глинистых фракций от 1 до 3 % или карбонатов от 0,1 до 3 % пески до закрепления обрабатывают 3–5 %-ным раствором соляной кислоты.
При закреплении песков карбамидную смолу используют вместе с отвердителем (раствором соляной кислоты). Гелеобразующий раствор готовится непосредственно перед инъекцией в грунт.

При смолизации лессовидных грунтов применяют раствор карбамидной смолы без добавления соляной кислоты. После закрепления этих грунтов они теряют просадочность и становятся практически водонепроницаемыми.

Предел прочности на сжатие закрепленного смолизацией песка получается от 1,0 до 2,5 МПа, а лессовидных грунтов – 0,7–1,5 МПа.

Электроосмотическое осушение. При пропускании постоянного электрического тока через пылевато-глинистые грунты с коэффициентом фильтрации kf < 0,01 м/сут. в них происходит перемещение влаги в сторону катода, а отрицательно заряженных частиц – в сторону анода. При этом резко возрастает коэффициент фильтрации и водоотдача. Данный процесс сопровождается уплотнением и осушением грунта между электродами, свертыванием водных коллоидов, химическими реакциями между составными частями грунта. Все эти процессы способствуют уплотнению и отвердеванию пылевато-глинистых грунтов. В строительстве для этих целей используют электроосмос и, как его разновидность, электрохимическое закрепление грунтов.

Электроосмос применяют в основном для повышения несущей способности и ускорения консолидации глинистых грунтов, водопонижения в мелкодисперсных грунтах.

При этом способе закрепления грунтов в грунт забивают электроды. В качестве анода используют сплошные металлические стержни, а для катодов применяют перфорированные в нижней части трубы или иглофильтры для удаления притекающей воды (рисунок 3.7).

Расстояние между электродами, м, определяют по формуле
,
где U – рабочее напряжение, В; I – плотность электрического тока на 1 м2 осушаемого грунта, А;  – удельное оммическое сопротивление грунта, Омсм; е – коэффициент, зависящий от размеров и расположение электродов (принимается от 2 до 3).

На практике расстояние между электродами принимается примерно 0,6–1,5 м. Напряжение на электродах принимается 40–60 В на 1 м расстояния между электродами. Плотность тока составляет 8–12 А на 1 м2 сечения слоя закрепляемого грунта. Расход электроэнергии для осушения глины до границы раскатывания – около 40–50 кВтч/м3 осушаемого грунта.



Рисунок 3.7 – Схема электроуплотнения илистых грунтов: 1– аноды; 2– катоды; 3– перфорированная часть электродов; 4– уплотненная зона грунта

При электрохимическом закреплении в грунт по той же схеме погружают полые электроды (иглофильтры или перфорированные в нижней части трубы). В полые аноды подают закрепляющий раствор. Откачку притекающей воды производят из труб-катодов. При пропускании постоянного тока через грунт увеличивается скорость и радиус проникновения в грунт раствора, возрастает скорость протекания физико-химических процессов образования нерастворимых соединений и необратимых коллоидов, что ведет к омоноличиванию грунта.

Термическое упрочнение грунтов (обжиг). При термическом упрочнении грунтов влага испаряется из грунта – происходит его обжиг (преобразование структурных связей под действием высоких температур). При таком способе упрочнения устраняются просадочные свойства грунтов, увеличивается прочность и водостойкость.

По этому способу в скважины, герметически закрытые сверху специальными крышками с форсунками, подаются топливо (горючие газы, соляровое масло, мазут и др.) и сжатый воздух. При этом для усиления фильтрации раскаленных газов в грунте в скважине создается избыточное давление порядка 15–50 кПа. Диаметр скважины обычно принимается 10–20 см. Расстояние между осями скважин зависит от нагрузок. Продолжительность обжига обычно составляет 5–10 суток, при этом образуется столб обожженного грунта диаметром 1,5–2,5 м. Средний расход топлива на одну скважину может достигать 1–1,5 т. Прочность закрепленного грунта на сжатие может составлять 1,5–2,5 МПа.

Закрепление грунтов высоконапорными инъекциями. Данная технология используется для глубокого перемешивания грунтов с их закреплением

и создания любых по конфигурации массивов. С помощью данного метода можно закрепить массив грунта под строящимся зданием, обеспечить устойчивость зданий и сооружений при глубоких проходках в непосредственной близости от них, закрепить грунты основания для передачи давления на прочные грунты.

Технология заключается в погружении устройства для перемешивания грунта с вяжущим материалом. Устройство снабжено специальными соплами, через которые подается раствор под давлением до 150 атм. Это способствует быстрой проходке и образованию массива диаметром до 3 м.

Цементация. Для укрепления песчаных, песчано-гравелистых и выветрелых скальных грунтов применяется цементация [2].

Материалами для цементации служат цемент, вода и добавки в виде песка, супеси, каменной муки, глины, искусственных химических веществ. Песок и каменная мука добавляются для экономии цемента. Супесь и суглинок снижают прочность получаемого после твердения камня, но повышают водоудерживающую способность раствора. Применение химических веществ связано с ускорением или замедлением схватывания цементного раствора. Так, добавка хлористого кальция или жидкого стекла в количестве 1–2 % уменьшает срок схватывания в 1,5–2 раза.

Оборудование для бурения скважин применяют то же, что и для силикатизации или смолизации грунтов. Верхнюю часть скважины, лежащую в нецементируемой зоне, бурят увеличенным диаметром и полностью заливают цементным раствором. После схватывания цемента скважину бурят вновь через цементный столб, который затем играет роль тампона, поскольку нагнетание ведется с давлением в несколько атмосфер.

Для цементации используют растворонасосы. Диаметр трубок-инъекто­ров составляет 25–100 мм. При небольшой глубине цементации, когда нагнетание ведется за один заход на всю зону цементации, применяют трубки малого диаметра. При глубине цементации более 6–8 м цементацию ведут нисходящими зонами. В этом случае необходимо многократно бурить в каждом месте скважину, углубляя ее через ранее зацементированную скважину.
3.6 Армирование грунта
Часто строительные площадки располагаются на так называемых «бросовых» землях: оврагах, заболоченных и оползневых участках, склонах, пойменных территориях, сильно пересеченной местности и т.д. В этих условиях возводятся промышленные и гражданские здания и сооружения, мосты, дороги, набережные, подземные и надземные хранилища и др. При этом на основание могут передаваться значительные статические и динамические нагрузки.
Рассматриваемые территории отличаются наличием слабых водонасыщенных грунтов, погребенных почв, значительной пространственной изменчивостью их физико-механических характеристик, развитием реологических процессов и агрессивностью по отношению к строительным материалам.

Использование подобных территорий в качестве строительных площадок возможно с применением их армирования.

Армирование грунта заключается во введении в грунт специальных армирующих элементов. Армированный грунт – композитный материал, у которого армирующий элемент обладает значительной по сравнению с другим компонентом жесткостью и прочностью. К материалу арматуры предъявляются требования коррозионной стойкости и низкой стоимости, прочности и сопротивления ползучести, долговечности и легкости укладки, высокой шероховатости для обеспечения зацепления с грунтом.

Этим требованиям отвечают: оцинкованная сталь, стекловолокно, пластик, полимерные волокна, геотекстиль, алюминиевые сплавы, резина и др. Армирующие элементы укладываются в виде отдельных полос, стержней, сеток, волокон, пространственных систем (геоячеек). Для армирования могут быть использованы грунтовые сваи, бетонные и железобетонные конструкции. В качестве засыпок применяют как связные, так и несвязные грунты. К ним предъявляют требования по показателю неоднородности, влажности, составу, значению водородного показателя, максимального содержания Cl, SO3, электрическому сопротивлению и др. Отмечено также, что с увеличением плотности основания возрастают: плотность контакта грунта с арматурой, прочностные и деформационные характеристики армированного грунта. Требования норм различных стран значительно отличаются.

Преимуществами армогрунтовых сооружений являются: экономичность, простота, быстрота возведения, достаточная долговечность, возможность строительства разнообразных сооружений, рациональное использование территорий и др. Этим методом может быть решен широкий круг инженерно-строительных задач.

Армирование грунта применяется при возведении насыпей, подпорных стен, плотин, дамб, дорог, устоев мостов и т.п. При возведении насыпей возрастает устойчивость их откосов, при возведении подпорных стенок армирование грунта обратной засыпки существенно снижает активное давление грунта на стенку, вследствие чего уменьшаются усилия в конструкции стенки и увеличивается ее устойчивость. Арматура в этом случае играет роль анкерующих элементов и должна заводиться за пределы поверхности скольжения. Использование арматуры для оснований зданий и сооружений находится в стадии научных разработок. Показано, что данным методом можно существенно повысить прочностные и деформационные характеристики основания, сократить расход материалов на устройство фундаментов. Некоторые примеры применения армирования грунтов показаны на рисунке 3.8.



Рисунок 3.8 – Армирование грунта: а – в искусственном основании фундамента; б – при устройстве насыпи; в – при возведении обратных засыпок: 1 – фундамент; 2 – армирующие элементы; 3 – песчаная подушка; 4 – насыпь; 5 – подпорная стенка; 6 – призма обрушения; 7 – поверхность скольжения

Расчетное сопротивление армированного основания может быть определено по формуле

,

где ks – коэффициент увеличения расчетного сопротивления за счет армирования;

;



Fus и Fu – разрушающие нагрузки на армированное и неармированное основание.

Модуль деформации армированного основания

,

где Е – модуль деформации неармированного основания; kE – коэффициент повышения модуля деформации за счет армирования;
.
Исследования показывают, что в результате армирования возможно повысить расчетное сопротивление в 1,5–2,5 раза. При этом модуль деформации армированного основания вырастает в 2,5–4,5 раза.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ


1 В каких случаях применяют искусственно улучшенные основания?

2 Какие методы устройства оснований известны?

3 Какие виды оснований устраиваются конструктивными методами и в каких грунтовых условиях они применяются?

4 Какие способы устройства оснований относят к методам уплотнения и в каких грунтовых условиях они применяются?

5 Какие способы устройства оснований относят к методам закрепления и в каких грунтовых условиях они применяются?

6 Как устраивают грунтовые подушки?

7 Как определить наименьшее давление по подошве фундамента, соответствующее условиям предельного равновесия?

8 Для чего применяется поверхностное уплотнение грунтов?

9 Что такое оптимальная влажность грунта?

10 Как и на каких грунтах производится вытрамбовывание котлованов?

11 Как выполняется укатка грунта?

12 Какие виды работ выполняют для глубинного уплотнения грунта?

13 Как выполняется глубинное динамическое уплотнение?

14 Для чего применяют песчаные сваи?

15 Каким образом устраиваются песчаные сваи?

16 Каким образом выполняют уплотнение грунта грунтовыми сваями?

17 Как уплотняют просадочные грунты замачиванием?

18 Какие способы относят к закреплению грунтов. На какие группы их можно разделить?

19 В чем заключается силикатизация грунтов?

20 Какие виды силикатизации грунта и в каких условиях применяют?

21 В чем суть двухрастворной силикатизации?

22 В чем суть однорастворной силикатизации?

23 Для каких грунтов и как выполняется смолизация?

24 В чем суть электроосмотического осушения и для каких грунтов оно применяется?

25 Как выполняют обжиг грунтов?

26 В чем суть высоконапорного инъецирования?

27 В чем суть метода цементации грунтов?


161




162








Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации