37) Лессовые грунты и инженерные методы устранения их просадочных свойств методы устранение просадочности лессовых грунтов

В связи с широким распространением лёссовых пород на территории Алтайского края( до 20% территории ) проблема борьбы с просадочностью этих пород в основаниях зданий и инженерных сооружений всегда была актуальной в нашем регионе. Проблема заключается в том, что при промачивании лёсса происходит просадка и резкое умень- шение прочности основания. При этом на- блюдается потеря устойчивости основания, что зачастую приводит к полному или частич- ному разрушению зданий и сооружений. Для устранения просадочных свойств лессовых оснований применяются различные методы. Ниже приведены основные из них, имеющие свои достоинства и недостатки [5]: 1. Наиболее распространенным мето- дом, на первом этапе борьбы с просадочно- стью лессовых оснований, являлся метод механического уплотнения лёссовых грунтов тяжелыми трамбовками многократно (до 10 - 16 раз) сбрасываются на уплотняемый уча- сток грунта с высоты 4 - 8 м. Данный метод позволяет уплотнить толщу лёссового грунта на глубину до 3,5м. Недостатком данного метода является влияние динамических воздействий, вызван- ных трамбованием, на близкорасположенные здания и сооружения. 2. Глубинное уплотнение грунтовыми набивными сваями применяют, если необхо- димо ликвидировать просадочные свойства лёссовых грунтов на глубину более 10 м. И в этом случае при пробивке скважин для уст- ройства свай возникают динамические коле- бания в грунтах основания. 3. Ликвидировать просадочные свойства возможно методом предварительного зама- чивания лёссового массива. При этом проис- ходит спровоцированная просадка грунта, после чего он уплотняется, теряет просадоч- ность и переходит в стабильное состояние. При применении данного метода необходим значительный комплекс мероприятий для исключения замачивание оснований под ря- дом расположенными зданиями и сооруже- ниями 4. Одним из ранних способов борьбы с просадочностью являлся метод термического закрепления лёссовых грунтов, при котором через грунт с помощью специальных приспо- соблений пропускался раскаленный воздух или газы при температуре 300 - 800 градусов. Под действием высокой температуры проис- ходило оплавление и спекание минералов на контактах между отдельными частицами и агрегатами и формировались прочные фа- зовые контакты кристаллизационного типа, устойчивые по отношению к воздействию во- ды. В результате существенно повышалась прочность лёссового грунта и он становился непросадочным. Минусом данного метода являлось значительное химическое «за- грязнение» закрепляемых пород, и поэтому в настоящее время он не применяется. 5. Одним из наиболее эффективных в на- стоящее время методов устранения проса- дочности является метод силикатизации лёс- совых грунтов. Растворы химических веществ вводят в грунт при помощи инъекторов. По- гружают инъекторы посредством забивки, осуществляя ее заходками, несколько пре- вышающими длину перфорированной их час- ти, обычно равную 0,5-1,5 м. На глубине каж- дой заходки производят нагнетание закреп- ляющих веществ, используя насосы, специ- ально изготовляемые для химического закре- пления грунтов. Радиус распространения нагнетаемых веществ в грунте колеблется в пределах 0,4- 1,0 м, а глубина погружения инъекторов мо- жет достигать 15-20 м и более. К недостаткам данного метода можно отнести его высокую стоимость и сложность контроля сплошности закрепленного массива.

38) ------------

39-40) Винтовое продавливание

Для глубинного уплотнения оснований может быть использован метод винтового продавливания скважин, в основу которого положен способ образования скважин в грунте спиралевидными снарядами. При проходке скважин грунт не извлекается, а скважина расширяется до проектного диаметра путем непрерывного уплотнения грунта с помощью радиально направленных сил, создаваемых снарядом, который погружается в грунт вращением и осевым давлением. В качестве основного рабочего органа используется снаряд, рабочая часть которого образована соосными участками в виде винтовых цилиндрических поверхностей, последовательно сопряженных переходными рабочими участками, смещенными относительно друг друга на угол 450° по цилиндрической винтовой поверхности (рис. 4).

Рис. 4. Спиралевидный снаряд для устройства скважин винтовым продавливанием:

а - геометрия снаряд; б - общий вид снаряда; в - схема процесса устройства скважины;

1 -калибрующая часть, 2 - переходный рабочий участок, 3 - цилиндрические соосные участки,

4 - наконечник, 5 - лопасть, 6 - штанги, 7,8 - каналы, 9 - отверстие, 10 - корпус, 11 - уступ

В отличие от известных буровых снарядов, вытеснение грунта осуществляется не всей поверхностью рабочего органа, а только переходными рабочими участками, сопрягающими соосные цилиндрические участки, радиус которых ступенчато уменьшается от калибрующего корпуса к наконечнику.

При внедрении снаряда грунт в радиальном направлении непрерывно вдавливается переходными рабочими участками, при этом цилиндрические соосные участки в работе не участвуют. Ввиду того, что грунт из скважины не извлекается, вокруг нее образуется зона уплотненного грунта.

Имеется несколько модификаций снарядов, которые позволяют выполнять глубинное уплотнение оснований различными технологическими приемами.

Скважины спиралевидным снарядом выполняют в такой последовательности: наконечник снаряда устанавливают в месте устройства скважины и через штангу с помощью привода под осевым давлением осуществляют вращение снаряда, при этом снаряд внедряется в грунт. Глубинное уплотнение заключается в следующем. Вначале спиралевидным снарядом проходят скважину, которую заполняют грунтом с уплотнением (рис. 5). Уплотнение выполняют описанным способом. Однако в некоторых случаях однократное заполнение скважины грунтом может быть недостаточным, поэтому глубинное уплотнение можно осуществить путем многократного заполнения скважины и прохода снаряда, достигая необходимой несущей способности основания под заданные нагрузки, что особенно важно в условиях реконструкции. При промежуточных заполнениях скважин грунт засыпается без уплотнения. Уплотнение грунта производят только при последнем заполнении.

При ограниченной мощности приводных механизмов вначале может выполняться скважина меньшего диаметра, а затем эта скважина расширяется спиралевидным снарядом большего диаметра.

Диаметр уплотненного столба грунта при глубинном уплотнении определяют по выражению

(9)

где d - диаметр скважины;

N - число проходов снаряда по первичной скважине;

е, , - соответственно коэффициенты пористости грунта в естественном состоянии, уплотненного грунта и грунта, засыпаемого в скважину.

Задаваясь диаметром уплотненного столба, можно заранее определить требуемое число проходов снаряда

(10)

где , , - соответственно плотности грунта в естественном и уплотненном состояниях, а также грунта, засыпаемого в скважину.

С увеличением числа проходов снаряда возрастает диаметр уплотненной зоны, при этом на его величину влияют диаметр скважины и плотность грунта.

Рис. 5. Технологическая схема устройства грунтовых свай с использованием винтового продавливания скважин:

I - продавливание скважины спиралевидным снарядом; II - заполнение скважины грунтом; III - уплотнение грунта в скважине; IV - готовая грунтовая свая с одноразовой проходкой скважины, V - вторая проходка скважины спиралевидным снарядом по скважине, заполненной грунтом без уплотнения; VI - скважина с упрочненными стенками двухразовой проходкой; VII - готовая грунтовая свая с двухразовой проходкой скважины; 1 - спиралевидный снаряд; 2 - скважина; 3 - уплотненная зона грунта при одноразовой проходке скважины; 4 - кран РДК-25, 5 - буровая установка БУК-600; 6 - бункер для груша; 7 - уплотненный грунт; 8 - станок БС-1М; 9 - наконечник для уплотнения грунта; 10 - неуплотненный грунт; 11 - уплотненная зона грунта при двухразовой проходке скважины

Потребный объем грунта для уплотнения определяют по выражению:

(11)

где F - площадь основания, подлежащая уплотнению; - глубина скважины.

Расстояние между скважинами определяют исходя из условий обеспечения совместной работы грунта в массиве, а также необходимой несущей способности уплотняемого основания.

Расстояние между центрами скважин определяют по формуле

(12)

где - плотность сухого грунта природного сложения, т/м ;

- средняя плотность сухого грунта в уплотненном массиве, т/м

Глубинное уплотнение может быть выполнено как в виде вертикальных, так и наклонных скважин, что зависит от особенностей площадки реконструируемого здания. Может быть принято комбинированное расположение скважин.

В качестве базовой машины для погружения спиралевидного снаряда можно использовать буровые установки СО-2, МБС-1,7, БУК-600 и др., используемые со шнековыми или другими бурами.

Технология винтового продавливания скважин наиболее эффективна на макропористых грунтах, в том числе пылевато-глинистых с показателем текучести IL0,1.

Скорость проходки скважин в пылевато-глинистых грунтах с IL0,1составляет 0,2-1,5 м/мин при осевом усилии 30-70 кН.

При бурении скважин спиралевидными снарядами повышается устойчивость стенок скважин, что позволяет в некоторых случаях сократить затраты труда и материалов на выполнение работ по глубинному укреплению.