Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы геотехники. Учебное пособие
.pdf
51
щих физико-химических процессов между известью и грунтом
грунт вокруг сваи уплотняется. Но известковые сваи имеют недостаток – после гашения они становятся водонепроницаемыми, т. е.
не способствуют дренированию основания. Грунтоцементные сваи
устраивают буросмесительным способом: цемент и его суспензию
вводят в грунт буросмесителем, который одновременно размельчает
лопастями грунт и равномерно перемешивает его с цементной суспензией в скважине. Предел прочности на сжатие цементогрунта в
сваях зависит от свойств грунта и количества цемента и составляет
несколько мегапаскалей. С течением времени он возрастает. При
применении цементогрунтовых свай в зоне промерзания необходимо предварительно провести испытания на морозостойкость свай,
которая зависит от свойств грунтов в данном слое грунта.
Уплотнение грунтов водопонижением
Слабые грунты (ленточные глины, илы, заторфованные супеси), способные отдавать воду из пор, можно уплотнить, понижая
уровень грунтовых вод (рис. 30). Понижая уровень грунтовых вод,
добиваются снятия взвешивающего действия воды. Объемный вес
грунта увеличивается. Под действием этой дополнительной нагрузки происходит уплотнение грунта.
Рис. 30. Водопонижение грунта водоотведением
при помощи насосных установок
7.4. Закрепление грунтов
Под закреплением грунтов подразумевают такие методы их
упрочнения, при которых между частицами грунта искусственным
путем создаются дополнительные, обусловленные вяжущим веществом связи. В результате этого возрастает прочность грунта и
иглофильтр
вода
насосная
установка
депрессионная
кривая
УГВ
52
уменьшается его сжимаемость. Существует несколько химических
способов закрепления грунтов: цементация; глинизация; битумизация; силикатизация; смолизация; электрохимическое закрепление;
термическое закрепление грунтов.
Цементация
Цементация грунтов (рис. 31) как способ представляет собой
заполнение пустот, трещин и крупных пор в крупнообломочных
грунтах, со временем образуя твердый цементный или цементноглинистый камень. Для цементации используют цементные, цементно-песчаные и цементно-глинистые растворы. Состав раствора
в каждом случае подбирается индивидуально, также подбирается
водоцементное отношение (В/Ц), которое может изменяться от 1 до
0,4. Для лучшего заполнения трещин рекомендовано вводить в цементный раствор пластификаторы (сульфитно-спиртовую барду,
мылонафт). Раствор нагнетают: 1) насосом высокого давления (гидравлический способ); 2) компрессором (пневматический способ).
цементный
раствор
1
3
2
Рис. 31. Схема усиления основания под существующим фундаментом:
1 – инъектор; 2 – фундамент, под которым закрепляется грунт;
3 – зона закрепленного грунта
На глубину до 15 м инъекторы (рис. 32) погружают пневматическими навесными молотами и вибропогружателями, а для погружения на глубину свыше 15 м бурят скважины и помещают в них
инъектор. Цементацию прекращают, когда расход раствора составляет 0,5 л в минуту и в течение 20 мин не изменяется. Закрепляют
следующие грунты: галечник, гравий, крупнозернистый песок, трещиноватые скальные породы.
53
Рис. 32. Укрепление грунтов при помощи инъекторов
Глинизация
При глинизации в качестве тампонажной смеси используются
суспензии бентонитовых глин. При нагнетании смеси в грунт достигается заполнение пор в радиусе 2–3 м от скважины. Размещают
тампонирующие скважины по периметру котлована на расстоянии
3–4 м друг от друга, при этом образуется сплошная водонепроницаемая стенка из закрепленного грунта. Также для глинизации используют глиносиликатные растворы. Нагнетают глинистые растворы
под давлением до 10 МПа специальными насосами, а при давлении
1,5 МПа – диафрагмовыми насосами. В результате повышения давления (более 2 МПа) вода из глинистого раствора отжимается, а
обезвоженное глинистое тесто плотно заполняет пустоты и придает
породе водонепроницаемость. В отличие от цементизации глинизация применяется для заполнения карстовых пустот только в сухих
породах, способных после нагнетания глинистого раствора впитывать из него воду. После заполнения пустот глинистый раствор
должен находиться в течение нескольких суток под гидравлическим
напором. Данный способ применяется также при устройстве противофильтрационных завес в песчаных грунтах и укреплении песков.
Битумизация
Существует 2 способа битумизации: горячая битумизация, холодная битумизация.
Горячая битумизация
Применяется в трещиноватых скальных и полускальных породах при большой скорости фильтрации. Через пробуренные скважины нагнетается расплавленный битум (рис. 33), который, остывая
54
в трещинах, придает породе водонепроницаемость. Так как битум
не смешивается с водой, а при соприкосновении с ней образует
пленку, плохо проводящую тепло, то при нагнетании он заполняет
большие пустоты и каверны даже при наличии скоростных грунтовых вод. Остывание битума происходит медленно, поэтому радиус
распространения его значителен.
Рис. 33. Схема битумизации грунтов
Недостатком горячей битумизации является то, что при наличии напора грунтовых вод наблюдается в дальнейшем выдавливание битума из трещин, а также то, что даже расплавленный битум
не может заполнить трещины размером менее 1 мм. Данный способ
битумизации применяется редко. Чаще применяется холодная битумизация.
Холодная битумизация
Заключается в том, что в песчаный грунт для придания грунту
водонепроницаемости нагнетается битумная эмульсия. Основным
условием успешного применения этого способа является приготовление стабильных и однородных эмульсий, но это сложно. Поэтому
данный способ не получил широкого применения.
Силикатизация
При силикатизации закрепление грунтов возникает в результате реакции между двумя растворами: крепителя (жидкое стекло)
и отвердителя (растворы различных химических веществ).
В строительной практике применяют три метода силикатизации: двухрастворный; однорастворный; газовой силикатизации.
Двухрастворный метод силикатизации
Если крепитель и отвердитель нагнетают в грунт поочередно,
то такой метод закрепления называется двухрастворным. Применя-
55
ется этот метод для закрепления крупной и средней крупности песков. Вибрированием или забивкой в песок погружается инъектор
длиной 1 м. Сначала через инъектор в грунт нагнетают раствор силиката натрия (жидкое натриевое стекло) Na2O·nSiO2.
Если мощность закрепляемого слоя велика, инъектор перемещают вниз по всей толще. Далее через тот же инъектор подают раствор хлористого кальция CaCl2 (пропорция 1:1 с жидким стеклом).
Выделяющийся в результате химической реакции нерастворимый
в воде гель кремниевой кислоты создает прочную структурную
связь между зернами песка, превращая его в камневидную массу,
подобную природному песчанику. Закрепляется столб грунта радиусом 0,3–1,0 м.
Однорастворный метод силикатизации
При однорастворном методе закрепления оба раствора смешивают перед нагнетанием. Используется этот метод для закрепления
слабо фильтрующих мелких и пылеватых песков, лессовых грунтов.
Метод заключается в следующем: в грунт через инъектор одновременно нагнетается 1 часть жидкого стекла и три части фосфорной кислоты (Н3РО4). Эти вещества, медленно вступая в реакцию, образуют также гель кремниевой кислоты.
Грунт набирает прочность лишь через 28 суток. Лессовые
грунты закрепляют, нагнетая только раствор жидкого стекла, который, соединяясь с солями кальция, содержащимися в лессе, выделяет гель кремниевой кислоты.
Газовая силикатизация
При газовой силикатизации отвердителем служит диоксид углерода СО2. Укрепляют данным методом пески от среднезернистых
до пылеватых, в том числе и карбонатные.
Смолизация
Для закрепления мелких пылеватых сухих и водонасыщенных
песков рекомендуется смолизация. Через инъектор нагнетается карбамидная смола в смеси с раствором одной из кислот (щавелевой,
соляной), аммиака, хлористого аммония и др. АО «Сумитомо»
(Япония) производит материал «сумисойл», изготавливаемый на
основе акриламида. Материал выпускается в виде порошка, растворяемого в воде. Он применим для закрепления мелкозернистых,
пылеватых и иловатых песков и глин. Добавление замедлителей или
ускорителей позволяет регулировать процесс гелеобразования от
нескольких секунд до нескольких часов.
56
Смолы, которые могут быть использованы для закрепления
грунтов, должны обладать невысокой вязкостью и полимеризоваться в порах грунта при температуре от 4 до 10 °С. К таким смолам
относятся: мочевино-формальдегидные (карбамидные); фенольные
(поликонденсация фенола + альдегид); фурановые (конденсация фурфурола + фуриловый спирт); акриловые (производятся из акриловой
кислоты); эпоксидные (конденсация эпихлоргидрина + полиамид).
В грунт нагнетают при помощи инъектора гелеобразующий
раствор, состоящий из раствора смолы и отвердителя в виде соляной или щавелевой кислоты. Грунтам обеспечивается прочное закрепление и водонепроницаемость.
В нашей стране выпускается карбамидная смола с различными
отвердителями. Имеет малую вязкость, отвердевает при небольшой
температуре, легко растворяется в воде, выпускается в виде клеев.
Электрохимическое закрепление грунтов
Глинистые водонасыщенные грунты (илы, супеси, суглинки) со
степенью влажности, близкой к 1,0 или равной ей, невозможно укрепить с помощью рассмотренных ранее инъекционных способов, так
как такие грунты обладают малой водопроницаемостью. Подобные
грунты можно укреплять с помощью электрического тока (рис. 34).
+
–
катоданод
Рис. 34. Схема электрохимического закрепления грунтов
Если через глинистый грунт пропускать постоянный ток с помощью 2 электродов [анод (+) и катод (–)], то держащаяся в грунте
поровая вода будет двигаться от анода к катоду. Это явление получило название электроосмоса. Используя это явление, через перфорированный анод в грунт вводят химические вещества, сначала силикат натрия (жидкое стекло), а затем хлористый кальций. Грунт
закрепляется между анодом и катодом.
57
Термическое закрепление грунтов
Укрепление грунтов термическим методом применяют для
устранения осадок существующих зданий и сооружений. При термическом закреплении грунтов (рис. 35) увеличивается прочность и
устраняется просадочность лессовых грунтов. Для термической обработки грунтов бурят скважины диаметром 100–200 мм. В качестве топлива используют газ, мазут и др. С помощью форсунки топливо подается в скважину. Температура в скважине поддерживается
300–800 °С. Обжиг грунта продолжается 5–10 дней. В результате
образуется конусообразный массив грунта, зона укрепленного грунта. Расстояние между скважинами составляет 2–3 м. После обжига
прочность грунта на сжатие возрастает, увеличивается сцепление,
резко снижается водопроницаемость и просадочность.
2,5 м
непросадочный
грунт
зона укрепленного
грунта
просадочный
грунт
сжатый
воздух
топливо
Рис. 35. Схема термического закрепления грунтов
По сравнению с инъекционными методами закрепления грунтов обжиг грунта более экономичен. Закрепление грунтов осуществляется: песчаных с высоким коэффициентом фильтрации –
способом двухрастворной силикатизации; лессовидных, залегающих выше уровня грунтовых вод со средним коэффициентом фильтрации, – способом однорастворной силикатизации; трещиноватых
скальных и гравелистых – способом цементации. Растворы нагнетают через забитые в грунт металлические инъекторы с внутренним
диаметром отверстий 19–38 мм и толщиной стенок не менее 5 мм.
Длина перфорированной части инъектора – 0,3–0,8 м, количество
отверстий – 60–80 шт. на 1 м трубы (рис. 36).
58
d=19‒38мм
l
ПЕР
= 0,3‒0,8
м
Рис. 36. Устройство инъектора
Контрольные вопросы
1. Что называется песчаными подушками?
2. Как определить ширину подушки по низу?
3. Что увеличивает боковая пригрузка?
4. Для чего служит шпунтовое ограждение?
5. Материалы, применяемые для армирования грунта.
6. Поверхностное уплотнение грунтов.
7. Глубинное уплотнение грунтов.
8. Расположение зон уплотненного грунта в грунтовых сваях.
9. В чем заключается способ цементизации?
10. В каких грунтах используется глинизация?
11. Два способа битумизации.
12. Три метода силикатизации.
13. Электрохимическое закрепление грунтов.
14. Термическое закрепление грунтов.
ГЛАВА 8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОТЛОВАНОВ
8.1. Котлованы без креплений
При устройстве котлованов без креплений наибольшую крутизну откоса котлована необходимо рассчитать одним из методов
расчета откоса. Для котлованов глубиной свыше 1,5 м в любых
грунтах и при любом положении уровня грунтовых вод крутизна их
59
откосов должна быть обоснована расчетами на устойчивость. Необходимо учитывать физико-механические свойства грунтов, слагаемых откос. При расчетах устойчивости следует учитывать нагрузки
от машин, механизмов и грунтовых отвалов.
8.2. Крепление котлованов
В практике строительства котлованы под фундаменты обычно
устраивают с вертикальными стенками и креплениями, что позволяет уменьшить размеры котлована, размыв грунта у фундамента, обеспечить его большую заделку в грунте и уменьшить приток воды в
котлован. Самыми распространенными являются закладные и шпунтовые крепления. Закладные крепления устраивают в случаях, когда:
− уровень грунтовых вод расположен ниже дна котлована;
− в устойчивых грунтах присутствует небольшой подпор
грунтовых вод (меньше 1 м);
− предусматривается глубинное понижение с помощью игло-
фильтров.
Закладные крепления изготавливают из дерева и двутавров и
закладных досок.
8.3. Закладные крепления из дерева
Закладные крепления из дерева (рис. 37) применяют при положении уровня грунтовых вод ниже дна котлована.
2
2
1
3
Рис. 37. Устройство крепления котлована при помощи
закладных креплений из дерева: 1 – стойка; 2 – распорка; 3 – доски
8.4. Закладные крепления из двутавров и закладных досок
Такие крепления можно применять в сильных, устойчивых
грунтах при незначительном подпоре подземных вод (до 1 м). Двутавровые балки предварительно забиваются по периметру котлова-
60
на, а затем по мере разработки котлована устанавливают доски. Если глубина котлована большая, устанавливают один или несколько
ярусов распорок. Такие крепления применяют при строительстве
открытым способом в не водоносных грунтах тоннелей метрополитенов и подземных переходов.
В связных устойчивых грунтах, если ширина котлованов не превышает 3 м и глубина их невелика, по короткой стороне котлована
стойки можно не ставить. При более широких котлованах необходимо
устанавливать распорки, поставленные в обоих направлениях (рис. 38).
В тех грунтах, которые способны удерживать вертикальные
откосы, деревянные закладные крепления устанавливают сразу же
после отрывки котлована на полную глубину. В малоустойчивых
грунтах крепления монтируют по мере отрывки котлована в несколько приемов. По достижении проектной отметки котлована
временные распорки и короткие стойки заменяются постоянными.
1
2
3
А
А
А - А
Рис. 38. Устройство крепления котлована при помощи
двутавров и закладных досок: 1 – стойка; 2 – распорка; 3 – доски
8.5. Шпунтовые крепления
Шпунтовые крепления устраивают в тех случаях, когда уровень подземных и поверхностных вод расположен выше дна котлована. Крепление состоит (рис. 39) из основных элементов – шпунтин, системы обвязок, распорок или анкеров, которые придают всему сооружению прочность и устойчивость. Шпунт изготавливается
из дерева или металла различных профилей, его поперечные сечения рассмотрены нами в данном пособии ранее.
Заглублять шпунт необходимо ниже дна котлована не только
по условиям его гидравлической работы, но и для обеспечения его
устойчивости.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]