2.5. Проектирование оснований и фундаментов из химических закрепленных инъекцией грунтов

Нормативные и расчетные характеристики закрепленных грунтов устанавливаются в результате лабораторных исследований и опытных работ в натурных условиях, включающих закрепление грунтов принятым способом и определение соответствующих прочностных и деформационных характеристик закрепленных грунтов. Эти данные должны быть апробированы контрольным закреплением непосредственно перед производством работ и откорректированы при расхождении с проектными данными.

Под прочностью закрепленного грунта понимается предел прочности при одноосном сжатии образцов из закрепленного грунта в 28-дневном возрасте, определяемый по ГОСТ 17245-79.

Исходными материалами для разработки проекта инъекционного закрепления грунтов химическими способами являются: инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания на площадке строительства; лабораторные исследования и опытные работы в натурных условиях по химическому закреплению грунтов инъекцией; генеральный план площадки со всеми коммуникациями; технические данные о зданиях и сооружениях, о расположении подземных коммуникаций (водопровод, электрокабель, канализация и др.); планы и разрезы фундаментов зданий и сооружений с указанием действующих на них нагрузок; схема размещения технологического оборудования с указанием действующих на него нагрузок, допустимых осадок, а также нагрузок на полы.

Глубина заложения фундаментов на основаниях из закрепленных грунтов назначается в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83 и должна быть не менее расчетной глубины промерзания для данного района.

При использовании химически закрепленных иньекцией грунтов в качестве оснований сооружений должны быть установлены лабораторными исследованиями и опытными работами следующие расчетные и нормативные характеристики закрепленных грунтов: временное сопротивление одноосному сжатию R; угол внутреннего трения φ; сцепление с; модуль деформации Е; плотность ρ; коэффициент Пуассона ν.

Инъекционное закрепление с целью устройства фундаментов и других подземных конструкций из химически закрепленных грунтов допускается с применением способов, обеспечивающих прочностные и другие физико-механические свойства закрепленных грунтов, которые отвечают всем требованиям, предъявляемым к материалам таких конструкций, включая требования по морозостойкости. Такими способами в настоящее время являются: двухрастворная силикатизация, однорастворная силикатизация с кремнефтористоводородной кислотой в качестве отвердителя и смолизация песчаных грунтов.

При использовании химически закрепленных грунтов в качестве жестких фундаментов и других подземных конструкций лабораторными исследованиями и опытными работами должны быть дополнительно установлены расчетные и нормативные характеристики закрепленных грунтов: призменная прочность R_с и растяжение R_bt (осевое).

Химически закрепленные грунты не армируются и не могут использоваться как гибкие фундаменты.

2.6. Проектирование закрепленных силикатизацией массивов в просадочных лессовых грунтах

Данные результатов закрепления грунтов в лабораторных условиях должны включать нормативные и расчетные значения прочности R_с, угла внутреннего трения φ, сцепления с, модуля деформации Е и коэффициента фильтрации грунта k, закрепленного раствором жидкого стекла плотностью 1,1—1,15 г/см³. В расчетах по деформациях зданий и сооружений II и III класса нормативные значения угла внутреннего трения φ, удельного сцепления с, модуля деформации Е и коэффициента Пуассона ν закрепленного грунта принимаются по табл.10.

ТАБЛИЦА 10. НОРМАТИВНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОСАДОЧНЫХ ЛЕССОВЫХ ГРУНТОВ, ЗАКРЕПЛЕННЫХ ОДНОРАСТВОРНОЙ СИЛИКАТИЗАЦИЕЙ

Грунты	Обозначение характеристики	Значения характеристик закрепленных грунтов при их прочности R, МПа
		0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	1,0	1,2	1,5
Супеси	с, МПа φ Е, МПа υ	0,047 24 42 0,35	0,056 25 53 0,30	0,065 26 65 0,30	0,073 28 75 0,30	0,086 30 85 0,25	0,096 35 100 0,25	0,11 40 120 0,20	0,13 45 150 0,20
Суглинки	с, МПа φ Е, МПа υ	0,040 24 38 0,35	0,050 26 50 0,30	0,061 28 60 0,30	0,068 30 70 0,25	0,075 32 80 0,25	0,090 34 95 0,20	0,095 38 115 0,20	0,11 42 145 0,20

Проект закрепления грунтов должен включить: план установки инъекторов с их маркировкой, контуры закрепленных массивов в плане и разрезы; сведения об отметках верха и низа заходок для каждого инъектора, плотности раствора и его количестве на каждую заходку и инъекцию в целом, объеме бурения, общем расходе реагента и объеме закрепленного грунта; указания по режиму нагнетания раствора (продолжительность, давление); пояснительную записку, включающую характеристику инженерно-геологических условий строительства и обоснование принятого варианта закрепления; указания по производству работ; данные по контрольному закреплению грунтов на объекте; указания по контролю качества закрепленного грунта в процессе производства работ; рекомендации по наблюдению за осадками здания или сооружения; сметы.

В проектирование закрепленных массивов входит выбор конструктивной схемы закрепления грунтов основания; назначение нормативной прочности закрепленного грунта в основании; определение размеров подошвы фундамента и размеров в плане закрепленных массивов; расчет закрепленных массивов по предельным состояниям. По результатам контрольного закрепления на строительной площадке и испытаний закрепленного грунта производится корректировка проектной плотности раствора, его расхода или режима нагнетания. При контрольном закреплении грунтов должны быть выполнены все виды инъекций, предусмотренные проектом.

Нормативное значение прочности закрепленного силикатизацией грунта в основании зданий и сооружений R_с.n (при степени влажности S_r>0,8) должно быть не менее прочности, определяемой по результатам лабораторного или контрольного полевого закрепления из выражения

R_с = R_c.n + η (R`<sub>c.n</sub> – R<sub>c.n</sub>)<sup>2</sup>/R`_c.n, (12)

где R_c.n и R`_c.n - нормативные значения прочности грунта, закрепленного раствором жидкого стекла плотностью соответственно 1,10 и 1,15 г/см³ в водонасыщенном состоянии: η — коэффициент, принимаемый: при сплошном закреплении грунтов основания η=0,3; при армировании основания отдельными элементами из закрепленного грунта η=0,9.

Расчет закрепленных силикатизацией массивов в лессовых просадочных грунтах производится методом, разработанным Ростовским ПромстройНИИпроектом и НИИОСПом.

При закреплении лессовых грунтов силикатизацией применяются следующие конструктивные схемы:

1. образование сплошных массивов из закрепленного грунта под отдельные или ленточные фундаменты, либо под все сооружение в целом; по этой схеме, как правило, предусматривается вынос закрепления за контуры фундамента (см. рис.14, а);

2. армирование грунтов основания в деформируемой зоне отдельными элементами из закрепленного грунта, при котором непосредственно под подошвой фундамента остаются участки незакрепленного грунта (см. рис.14, б);

3. комбинированная схема, предусматривающая сплошное закрепление на некоторую глубину непосредственно под подошвой фундамента и армирование элементами из закрепленного грунта лежащей ниже просадочной толщи, либо образование опорного слоя из закрепленного грунта и армирование лежащей выше просадочной толщи отдельными элементами из закрепленного грунта (см. рис.14, в).

Размеры подошвы фундамента определяются из следующих условий.

При сплошном закреплении грунтов под подошвой фундамента (первая схема) среднее давление на закрепленный грунт не должно превышать расчетного сопротивления основания. В этом случае используются расчетные значения φ_II и с_II силикатизированного лессового грунта в водонасыщенном состоянии; коэффициент γ_с1=0,7, а коэффициент γ_с2 принимается как для пылевато-глинистых грунтов с показателем консистенции I_L < 0,5.

При армировании основания отдельными элементами из закрепленного лессового грунта (вторая схема) среднее давление под подошвой фундамента не должно превышать расчетного сопротивления армированного основания определяемого по формуле:

R_a = (13)

где σ_zgo – природное давление в грунте на уровне подошвы фундамента от веса лежащих выше грунтов (до отметки природного рельефа); γ_c3 – коэффициент условий работы закрепленного грунта в основании сооружения, определяемый в зависимости от степени армирования основания (отношение площади закрепленного грунта непосредственно под подошвой фундамента к площади подошвы) и глубины заложения фундамента; k – коэффициент линейной деформируемости закрепленного грунта при длительном действии нагрузки, принимаемый равным 0,6; γ_f – коэффициент надежности по нагрузке; R_co – расчетное значение прочности закрепленного грунта в водонасыщенном состоянии, определяемое по результатам лабораторного или полевого закрепления грунтов раствором жидкого стекла, имеющим проектную плотность; если степень влажности закрепленного грунта в момент испытаний меньше 0,8, то значения прочности и модуля деформации следует умножать на коэффициент k_b; E_st и E_sf – модули деформации незакрепленного и закрепленного лессового грунта.