16. Устройство искусственных оснований.

К устройству искусственных оснований прибегают в тех случаях, когда возведение фундамента на естественном основании оказывается затруднительным, экономически нецелесообразным или даже невозможным. К числу подобных случаев относятся следующие: развитие в основании настолько слабых грунтов, что для опирания на них требуется такое расширение площади опирания фундамента или его заглубление, что это оказывается нерентабельным; возможность нарушения устойчивости основания в процессе эксплуатации сооружения под влиянием фильтрационного потока, при наличии в толще грунтов основания водно-растворимых составляющих; возможность разрушения основания восходящим фильтрационным потоком, сопровождающимся суффозионпым выносом; возможность размыва основания открытым водным потоком или волновым воздействием вод открытого бассейна; развитие в основании неустойчивых грунтов в виде отдельных пластов, пропластков линз или других тел, создающих условия для возникновения неравномерных осадок, выходящих за допустимые пределы неравномерности; возможность возникновения недопустимо больших осадок за счет деформации просадочиых грунтов, сжатия грунтов с высоким содержанием органических примесей, уплотнения илов и торфянистых образований и т. п. По мнению многих специалистов, и в частности академика Е. М. Сергеева, по мере разработки высокоэффективных, достаточно механизированных и экономичных методов закрепления грунтов, область применения искусственных оснований будет расширяться. При этом можно предполагать, что создание фундаментов глубокого заложения, сопряженное с тяжелыми, дорогостоящими работами, требующими продолжительного времени и специального оборудования для своего выполнения, будет все больше и больше заменяться методами физико-химического и механического улучшения свойств грунтов и созданием, таким образом, прочных и устойчивых искусственных оснований.

Песчаные подушки. Если ниже уровня заложения подошвы фундамента находится слой толщиной в 1,5—2 м (иловатого, суглинистого или глинистого) слабого грунта, за которым следует более прочный грунт, можно, удалив (прорезав) слабый грунт, заменить его более прочным в виде песчаной или гравийной подушки. При толщине слабого слоя или насыпного грунта более 3 м замена его песчаной подушкой на всю толщину невыгодна. В этом случае выгоднее применять распределяющие песчаные подушки небольшой толщины, чтобы использовать несущую способность слабого грунта. Отсыпка песчаной подушки производится слоями толщиной 15—20 см с тщательным трамбованием или вибрацией площадочными вибраторами.

Уплотнение грунта. Уплотнение трамбованием с поверхности состоит в том, что грунты основания уплотняют тяжелыми трамбовками весом от 1 т и более, падающими с высоты 3—4 м. Трамбованием можно уплотнить грунты на глубину 1,5—2 м. Трамбование производится до тех пор, пока от каждого последующего удара трамбовки уплотняемая поверхность начинает понижаться на одну и ту же величину; дальнейшее трамбование практически нецелесообразно. Величину понижения поверхности уплотненного грунта от одного удара условно называют «отказом». Определение величины «отказа» при опытном уплотнении осуществляется нивелированием по металлическим штырям, забитым в грунт перед трамбованием.

Трамбованием рекомендуется уплотнять под подошвой фундамента грунты насыпные и неоднородные по сжимаемости рыхлые, песчаные, макропористые просадочные и другие малоплотные грунты.

Уплотнение грунтов песчаными сваями производится на глубине более 2 м. Уплотняются песчаными сваями слабые насыпные, водонасыщенные рыхлые песчаные грунты, пылеватые и илистые пески, песчаные грунты с тонкими прослойками с. 84 суглинков, глин и ила, заторфованные грунты и илистые и слабые глинистые грунты. При устройстве песчаных свай сначала забивают или погружают вибратором стальную трубу, на конце которой имеется инвентарный раскрывающийся башмак. В трубы засыпают слоями крупно- или среднезернистый песок с содержанием глинистых и пылеватых частиц не более 3 %. После засыпки каждый слой трамбуется. По мере заполнения песком трубу выдергивают.

Уплотнение грунтовыми сваями рекомендуется в слабых глинистых и иловатых грунтах, находящихся в пластичном состоянии. Этот же способ уплотнения применяется и для предотвращения просадочности лёссовидных грунтов. Технология устройства грунтовых свай, за исключением свай для уплотнения лёссовидных просадочных грунтов, такая же, как и для песчаных свай.

Уплотнение песчаных грунтов вибрацией производится в насыпных и рыхлых крупно- и среднезернистых песках. Для вибрирования песчаных грунтов используются вибробулавы с одновременным увлажнением песка до полного водонасыщения. В результате вибрации пористость песков может уменьшиться на 10—12 %.

Для закрепления слабых грунтов применяют силикатизацию, цементацию или электроосмотическое обезвоживание и электрозакрепление. Методом силикатизации закрепляются мелкие пески, просадочные лёссы и лёссовидные суглинки; цементацией — скальные обломочные породы, гравийные, галечниковые, песчано-гравийные грунты, рыхлые крупно- и среднезернистые пески; методом электроосмоса и электрохимическим способом можно укреплять глинистые грунты, суглинки, илы и пылеватые водонасыщенные пески (плывуны); лёссовидные просадочные грунты и пористые сухие суглинки можно закреплять термическим способом (обжигом).

Силикатизация грунтов производится путем насыщения их раствором жидкого (натриевого) стекла и хлористого кальция, а цементация — нагнетанием цементных растворов в закрепляемый грунт.

Электроосмотическое обезвоживание и электрозакрепление грунтов основано на свойстве увеличения коэффициента электроосмотической фильтрации под действием постоянного электрического тока, что вызывается изменением свойств связанной воды. Электроосушение заключается в том, что в грунт на глубину осушения погружаются в шахматном порядке электроды в виде иглофильтров или стальных труб, с подводкой к ним постоянного тока, под действием которого вода в грунте перемещается от анода к катоду.

Термическое укрепление (обжиг) просадочных лёссовидных и пористых суглинистых грунтов производится путем обжига на с. 85 глубину до 15 м раскаленными газами через пробурённые в грунте скважины диаметром в 10—20 см.

Свайные фундаменты. Такие фундаменты применяются при сооружениях на слабых грунтах или в водоемах. Термин «свайное основание» неправилен, так как фундамент на сваях имеет свое грунтовое основание, расположенное ниже плоскости, проходящей через острия свай.

Свайные фундаменты подразделяются в зависимости от уровня расположения ростверка по отношению к верхней поверхности грунта на фундаменты с низким и высоким ростверком. Свайным ростверком называется плита, связывающая все сваи. По методу погружения или устройства свай в грунте они разделяются на забивные, буровые-набивные и винтовые.

По материалу сваи бывают деревянные, железобетонные, бетонные, набивные и комбинированные, и в некоторых случаях стальные.

Деревянные сваи могут применяться лишь в грунтах, насыщенных водой, в этом случае головы свай всегда располагаются ниже самого низкого уровня грунтовых вод. В таких условиях деревянные сваи долговечны и обладают некоторыми преимуществами по сравнению со сваями из бетона и железобетона, так как имеют малый вес и более транспортабельны.

Расстояние между сваями в плане принимается в пределах трех-четырех диаметров сваи. В грунт сваи погружаются до расчетного отказа, т. е. величины окончательного расчетного погружения сваи от одного удара молота, измеряемой в сантиметрах. Головы свай срезаются на уровне, предусмотренном проектом строго нормально оси, и соединяются ростверком в одну общую конструкцию. Ростверк создает равномерное распределение нагрузки от сооружения между осями основания. Ростверки бывают деревянные, бетонные и железобетонные. Деревянный ростверк состоит из насадок и схваток, связывающих головы свай во взаимно перпендикулярных направлениях и придающих необходимую жесткость свайному основанию.

При деревянных сваях ростверки очень часто устраиваются железобетонные в виде железобетонной плиты (рис. 14, а и б).

Рис. 14. Ростверки: а — по деревянным сваям; б — по железобетонным сваям.