книги / Механика грунтов, основания и фундаменты.-1

при слабом грунте пути движения копров необходимо подсы­ пать песком или гравием;

при сезонном промерзании грунтов на глубину 1 м и более при устройстве свайных фундаментов в зимнее время следует предус­ мотреть предварительное бурение лидерных скважин на глубину промерзания грунтов.

До начала разбивки свайного поля на строительной площадке проводят ряд подготовительных работ, в которые входят: установ­ ка геодезических реперов и выноска высотных отметок; планировка строительной площадки; отвод паводковых, ливневых и подземных вод; разработка траншей и котлованов с устройством пандусов, откосов и планировкой дна; строительство временных дорог и устройство площадок для хранения и складирования свай; уста­ новка ограждения. К дополнительным работам относится также разбивка осей сооружения.

После проведения подготовительных работ приступают к геоде­ зической разбивке и закреплению осей свайных фундаментов на местности, что является одной из основных наиболее ответственных технологических операций, правильное выполнение которой обес­ печивает хорошее качество производства работ.

Сначала разбивают и закрепляют на местности главные оси сооружения. Оси закрепляют створными знаками, в качестве кото­ рых используются деревянные и бетонные столбики, обрезки труб

ит. д., и привязывают к базисной линии. Створные знаки устанав­ ливают в местах, где исключены какие-либо перемещения грунта,

ипериодически проверяют геодезическими приборами.

При разбивке осей свайных фундаментов за основные линии разбивки принимают главные оси сооружения. Оси свайных рядов закрепляют створными знаками или выносят на обноску. При за­ бивке свай на местности, покрытой водой, створные знаки устанав­ ливают на берегу или на воде с помощью буев.

Отклонение разбивочных осей свайных фундаментов от проект­ ных не должно превышать 1 см на каждые 100 м ряда.

После разбивки свайных рядов разбивают вертикальные отмет­ ки голов свай, низа ростверка и т. д., для фиксации которых вблизи сооружения закладывают постоянный репер.

Погружение свай в гунт осуществляется одним из способов, описанных в § 11.1 настоящей главы. Для эффективной забивки свай вес ударной части для штанговых дизель-молотов и молотов оди­ ночного действия должен в 1,5 раза превышать вес сваи с наголов­ ником в плотных грунтах, в 1,25 раза в грунтах средней плотности и быть не менее веса сваи с наголовником в слабых водонасыщен­ ных грунтах.

351

Более точно молот можно подобрать, исходя из необходимой для погружения сван минимальной энергии удара молота Ен, кДж, которая определяется по формуле

где N — расчетная нагрузка, передаваемая на сваю, кН. Подобранный по таблицам технических характеристик молот

с расчетной энергией удара Ed^ E h, кДж, должен удовлетворять условию

где К — коэффициент применимости молота, значения которого приведены в табл. (11.7); т3— масса молота, т; т2— масса сваи с наголовником, т; т3— масса подбабка, т.

Примечание. При погружении свай любого типа с подмывом, а также при забивке свай из стальных труб с открытым нижним концом или стального шцунта значения коэффициентов

При забивке наклонных свай энергия молота снижается и тем больше, чем больше наклон сваи. Поэтому при забивке наклонных свай расчетную энергию удара молота Ehследует определять с уче­ том повышающего коэффициента, значения которого принимаются для свай с наклоном 5:1; 4:1; 3:1; 2:1 соответственно равным 1,1; 1,15; 1,25 и 1,4.

Выбранный молот проверяют при забивке пробных свай. Если вес молота будет недостаточен, то это может привести к тому, что сваи не достигнут заданной глубины или их головы будут разбиты. Чтобы избежать этого, необходимо сменить молот на более тяже­ лый.

Если по проекту требуется оголить арматуру головы сваи для связи ее с арматурой ростверка, или же вследствие недостаточной изученности или ошибок в оценке геологических условий строитель­ ной площадки сваи не добиты до проектной отметки, то прибегают

352

к «рубке их голов. Для срезки голов деревянных сваи применяют различные пилы — от ручных поперечных до электрических.

Срубку голов железобетонных свай чаще всего осуществляют отбойными молотками. Арматурные стержни после разрушения тела сваи перерезают автогеном, отгибают и связывают с армату­ рой ростверка.

Срубка голов свай является одной из самых трудоемких опера­ ций при устройстве свайных фундаментов. Для снижения трудоем­ кости работ по срубке голов свай в настоящее время созданы специальные механические устройства, разрушающие бетон сваи раздавливанием или срезкой. Предложены и другие способы срубки голов свай, например при помощи взрыва, но широкого применения они не нашли.

После погружения свай и, если это необходимо, срубки их голов до заданного уровня переходят к устройству ростверков. Монолит­ ные железобетонные ростверки устраивают по подготовке из тоще­ го бетона толщиной около 0,1 см, уложенной по грунту в межсвай­ ном пространстве. Для устройства сборных железобетонных ро­ стверков необходимо, чтобы оси забивных свай имели отклонение в плане не более + 5 см, а по вертикали уровни голов свай колеба­ лись в пределах +1 см.

Более подробные сведения по технологии производства работ при устройстве свайных фундаментов изложены в соответствующем курсе.

ГЛАВА 12

ИНЖЕНЕРНЫЕ МЕТОДЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ ОСНОВАНИЙ

12.1. Общие положения

За последние годы наблюдается неуклонное увеличение объема строительства в сложных инженерно-геологических условиях. Если в 1985 г. его удельный вес составлял около 45%, то по оценкам на настоящее время он достиг 70%. Все чаще для строительства используются площадки, сложенные слабыми грунтами — илами, рыхлыми песками, заторфованными отложениями. Особую про­ блему представляет строительство в регионах, характеризуемых распространением так называемых региональных типов грунтов, обладающих специфическими свойствами. К ним относятся веч­ номерзлые грунты, лессовые просадочные грунты, набухающие,

■мг-ппанние грунты, озерно-ледниковые отложения. Особое место занимают насыпные грунты, представленные толщами разнород­ ных отложений, сформировавшихся в результате техногенной де­ ятельности человека, а также создаваемые целенаправленно отсып­ кой или намывом с использованием естественных грунтовых мате­ риалов или промышленных отходов.

Некоторые из указанных грунтов (илы, эаторфованные грун­ ты, рыхлые пески, насыпные грунты) в природном состоянии име­ ют невысокую несущую способность и повышенную сжимаемость. Для других характерно существенное ухудшение механических свойств при определенных воздействиях (например, замачивание лессовых грунтов под нагрузкой, оттаивание мерзлых грунтов, рас­ соление засоленных грунтов и т. д.). Недооценка этих явлений может привести к большим, часто неравномерным осадкам или просадкам, а в худшем случае — к потере устойчивости осно­ ваний.

Современное состояние строительной науки, конструкторской

итехнологической базы дают широкий выбор средств строительст­ ва сооружений в сложных условиях. В их число входят многочислен­ ные способы преобразования строительных свойств оснований. Эти способы позволяют увеличить несущую способность оснований, уменьшить их деформируемость и в отдельных случаях водопрони­ цаемость. Часто за счет этих мероприятий удается отказаться от применения сложных и дорогостоящих конструкций фундаментов

исооружений. Многие из этих способов оказываются единственно

приемлемыми при реконструкции зданий и сооружений, при воз­ ведении сооружений в условиях стесненной застройки.

Методы преобразования строительных свойств оснований мож­ но разделить на три группы:

конструктивные методы, которые в отличие от других мето­ дов не улучшают свойства самих грунтов, а создают более благо­ приятные условия работы их как оснований за счет регулирования напряженного состояния и условий деформирования;

уплотнение грунтов, осуществляемое различными способами и направленное на уменьшение пористости грунтов, создание более плотной упаковки минеральных агрегатов;

закрепление грунтов, заключающееся в образовании про­ чных искусственных структурных связей между минеральными ча­ стицами.

Основания с измененными таким образом свойствами называют

искусственными или искусственно улучшенными (в отличие от есте­ ственных оснований). Выбор методов п р е о б р а з о в ан и я строитель­ ных свойств оснований зависит от характера напластований, типов грунтов и их физико-механических свойств, особенностей сооруже-

354

вей и интенсивности передаваемых ими нагрузок, решаемых ин­ женерных задач, технологических возможностей строительных' ор­ ганизаций и т. д.

12.2. Конструктивные методы улучшения работы грунтов

Устройство фунтовых подушек. Если в основании фундамента залегают слабые грунты (илы, текучие глинистые грунты, торфы, заторфованные, малоуплотненные насыпные или пучинистые грун­ ты), обладающие низкой несущей способностью и повышенной сжимаемостью, то их использование в качестве естественных ос­ нований чаще всего оказывается невозможным или нецелесообраз­ ным. В этом случае экономичной может оказаться замена слабого грунта другим, обладающим достаточно высоким сопротивлением сдвигу и имеющим малую сжимаемость, который образует так называемую грунтовую подушку.

В качестве материала грунтовых подушек обычно используют крупнообломочные грунты (гравий, щебень), крупные и среднезер­ нистые пески, шлак и т. д.

При устройстве грунтовых подушек в лёссовых основаниях при­ меняют перемятые местные грунты. Наиболее часто грунтовые подушки имеют толщину в пределах 1...3 м.

При решении вопроса о назначении толщины грунтовых подуш­ ек могут быть два случая. Возможен вариант (рис. 12.1, а), когда слой слабого грунта подстилается более прочным и малосжима­ емым грунтом, причем расстояние от подошвы фундамента до кровли прочного грунта z не превышает 1...3 м. Тогда целесообраз­ но полностью удалить слабый грунт в пределах этой глубины и заменить его, например, песком, создав песчаную подушку. Когда пласт слабого грунта имеет большую толщину (рис. 12.1, б), то полная замена слабого грунта оказывается неэкономичной и при­ бегают к устройству грунтовых подушек «висячего» типа, подстила­ емых слабым грунтом. Если в первом случае выбор толщины грунтовой подушки однозначен, то во втором случае ее толщина должна быть подобрана таким образом, чтобы обеспечивалась надежность решения в соответствии с принципами проектирования оснований по предельным состояниям.

Порядок проектирования грунтовых подушек сводится к следу­ ющему. Задавшись расчетными значениями физико-механических характеристик материала подушки, определяют ориентировочные размеры фундамента в плане. Далее, варьируя толщину подушки и, если необходимо, размеры фундамента, устанавливают такую тол­ щину подушки, чтобы выполнялось условие

355

щина грунтовой подушки; ро — дополнительное давление под по­ дошвой фундамента; Rz — расчетное сопротивление грунта, слага­

ющего слабый подстилающий слой.

Далее производится расчет деформаций основания. Если со­ вместная деформация грунтовой подушки и подстилающего грунта s окажется больше предельно допустимой величины suдля данного сооружения, то толщина подушки должна быть увеличена до раз­ мера, при котором будет выполнено условие .s^su.

Ширина подушки понизу bz зависит от угла Р (рис. 12.1, 5), часто называемого углом распределения напряжений. Для песка обычно принимают Р=30...350, для гравия /?=40...45°. Таким образом,

При применении грунтовых подушек уменьшаются осадки фун­ даментов, так как модуль деформации грунтов в теле подушек, как правило, больше 15...20 МПа, что в несколько раз превышает модуль деформации слабых грунтов. Грунтовые подушки могут устраиваться под отдельные фундаменты (ленточные и реже сто­ лбчатые), под группу фундаментов или под все сооружение. При устройстве грунтовых подушек за счет снижения общих осадок фундаментов уменьшается также неравномерность осадок. Подуш­ ки из несвязных материалов одновременно выполняют роль дрени­ рующего слоя при фильтрации поровой воды из нижележащих водонасыщенных грунтов в процессе их уплотнения. Применение грунтовых подушек из песчаных и крупнообломочных грунтов по­ зволяет также уменьшить глубину заложния фундаментов из усло­ вия промерзания оснований, так как пучинистые глинистые грунты заменяются непучинистыми.

При устройстве грунтовых подушек в толще слабых водонасы­ щенных глинистых грунтов для обеспечения устойчивости откосов строительного котлована можно использовать распорные крепле­ ния или шпунтовые ограждения.

356

Грунтовые подушки необходимо возводить таким образом, что­ бы добиться максимальной плотности укладки грунта. При боль­ ших размерах в плане подушки отсыпаются послойно при толщине слоя 15...20 см. Каждый слой грунта уплотняется катками. При устройстве подушек под отдельно стоящие фундаменты материал подушек уплотняется при помощи виброшшт, вибротрамбовок, пневмотрамбсвок. Уплотнение производят до получения заданной плотности скелета грунта, равной 1,65...1,75 г/см3.

Шпунтовые конструкции как ограждающие элементы могут быть использованы для улучшения условий работы грунтов в основаниях сооружений.

Шпунт погружают через толщу слабых грунтов в относительно плотный грунт (рис. 12.2). Фундаментная конструкция устраивается на песчаной подготовке и сопрягается со шпунтовым ограждением. Такое техническое решение исключает возможность натирания гру­ нта в сторону из-под фундамента, т. е. увеличивает его несущую способность, и ограничивает боковое расширение грунта при дефор­ мациях основания, что приводит к уменьшению осадок.

Армирование грунта заключается во введении в грунт специаль­ ных армирующих элементов.

Эти элементы выполняются в виде лент или сплошных матов, изготовленных из геотекстиля. Реже используется металлическая арматура. Армирующие элементы должны обладать достаточной прочностью и обеспечивать необходимое зацепление с грунтом, для чего их поверхность делается шероховатой. На рис. 12.3, а приведе­ на схема армирования искусственного основания фундамента. За счет восприятия армирующими элементами касательных и горизон­ тальных напряжений увеличивается несущая способность основания и снижаются осадки фундаментов. Эффективно армирование грунта

357

анкерующих элементов и должна заводиться за пределы призмы

обрушения.

Боковые пригрузки. При возведении ограждающих дамб и дру­ гих земляных сооружений на слабых грунтах устойчивость отко­ сов сооружений и их оснований может быть повышена устройст­ вом пригрузок основания и низовой части откосов, выполняемых, как правило, из крупнообломочных или песчаных грунтов (рис. 12.4).

12.3.Поверхностное н глубинное уплотнение грунтов

нискусственных оснований

Методы уплотнения грунтов подразделяются на поверхност­ ные, когда уплотняющие воздействия прикладываются на поверх­ ности и приводят к уплотнению сравнительно небольшой толщи грунтов, и глубинные при передаче уплотняющих воздействий на значительные по глубине участки грунтового массива.

Поверхностное уплотнение производится укаткой, трамбова­ нием, вибрационными механизмами, подводными взрывами, мето­ дом вытрамбовывания котлованов. К методам глубинного уплот­ нения относятся устройство песчаных, грунтовых и известковых свай, глубинное виброуплотнение, уплотнение статической пригруз­ кой в сочетании с устройством вертикального дренажа, водопонижение.

При любом режиме уплотнения повышение степени плотности грунта происходит только до определенного предела, зависящего от вида и физического состояния грунта, а также от характера уплотняющего воздействия. Уплотнение до указанного предела называется уплотнением до отказа. На рис. 12.5 приведены графики, иллюстрирующие процесс уплотнения грунта при цик­

лических уплотняющих ,воздействиях, например укатке или трам­ бовании.

Уплотняемость грунтов, особенно глинистых, в значительной степени зависит от их влажности и определяется м аксим альной

358

плотностью скелета уплотнен­ ного грунта pd>шм и оптим аль­ ной влаж ностью и>0.

Эти параметры находятся по ме­ тодике стандартного уплотнения грунта при различной влажности 40 ударами груза весом 215 Н, сбрасы­ ваемого с высоты 30 см. По резуль­ татам испытания строится график зависимости плотности скелета уп­ лотненного грунта ра от влажности (рис. 12.6). Оптимальную влажность глинистых грунтов, уплотняемых трамбованием, ориентировочно мо­ жно принимать равной w0=W/>+ +(0,01...0,03), а укаткой:— w0=wJ. (и> — влажность на границе раска­ тывания). Поверхностное уплотне­ ние глинистых грунтов может при­ меняться при коэффициенте водонасыщенности Sr<0,7, песчаных и

крупнообломочных — при любой степени влажности.

За уплотненную зону h'eomпринимают толщу грунта, в пределах которой плотность скелета грунта не ниже заданного в проекте или допустимого ее минимального значения.

Уплотнение укаткой. Вследствие того,что укаткой удается уплот­ нить грунты только на небольшую глубину, этот метод в основ­ ном применяется при послойном возведении грунтовых подушек, планировочных насыпей, земляных сооружений, при подсыпке ос­ нований под полы. Уплотнение укаткой производится самоходны­ ми и прицепными катками на пневматическом ходу, гружеными скреперами, автомашинами, тракторами, основные технические ха­

рактеристики которых приведены в табл. 12.1. Уплотнение достига­ ется многократной проходкой уп­ лотняющих механизмов (от 6 до 12 раз).

Влажность грунтов при уплот­ нении должна соответствовать оп­ тимальной. При влажности, мень­ шей оптимальной, грунты увлаж-

359

где pi an и pw— соответственно плотность скелета уплотненного грунта и воды; к — коэффициент, принимаемый при отсыпке грунта в дождливое время равным 0,9, в сухое летнее время — 1,1; w0 и w — оптимальная и естественная влажности грунта; V — объем уплотняемого грунта.

Т абли ца 12.1. Основные технические показатели работы

П римечание. Глубина уплотнения рыхлых глинистых грунтов принимается на 20...2S%, а песчаных — на 15...20% больше приведенных значений.

Уточнение оптимальной толщины уплотняемого слоя грунта н числа проходов используемых механизмов должно производиться на основании опытных работ.

Качество отсыпки и укатки грунта контролируется путем опре­ деления толщины отсыпаемого слоя, его влажности и плотности скелета грунта после его уплотнения в пунктах, назначаемых из расчета один пункт на 300...600 м2 уплотняемой площади.

Для уплотнения несвязных и малосвязных грунтов при содержа­ нии глинистых частиц не более 5...6% используются виброкатки и самопередвигающиеся вибромашины.

Уплотнение трамбующими машинами. Этот способ используется, как правило, при укладке грунтов в стесненных условиях — при возведении обратных засыпок котлованов, траншей, засыпке пазух, щелей.

360