Грунты учебник

8.2. Проектирование грунтовых подушек

Грунтовые подушки выполняются из крупных, средней крупности мелких песчаных грунтов, песчано-гравийной смеси, гравия, щебня, шлаков, минеральных отходов различных производств для замены слабых сильносжимаемых грунтов (рис. 57).

При этом рассматривается две схемы:

а) Если толщина слоя слабого грунта под подошвой фундамента не превышает 1,5-2,5м, то грунтовую подушку целесообразно выполнять на кровле подстилающего прочного грунта;

б) Если толщина слабых грунтов значительна и составляет 3-8 м, то грунтовые подушки применяются для частичной их замены.

Проектирование грунтовой подушки (рис. 58б) сводится к определению её ширины Вп и высоты Нп. При этом:

− ширина подошвы грунтовой подушки В определяется по формуле:

Вп = в + 2Нп · tgαп ;

−высота грунтовой подушки Нп определяется постепенным её подбором до удовлетворения условия, при котором давление под подошвой подушки не превышает расчётного сопротивления подстилаемого слабого грунта Rz

Рис. 58. Схемы к расчёту грунтовых подушек

1 – грунтовая подушка;

2 – слабый сильносжимаемый грунт;

3 – прочный малосжимаемый грунт.

70

а) грунтовая подушка заменяет всю толщу слабого грунта; б) песчаная подушка заменяет часть толщи слабого грунта.

H" → σT + σT"≤ RT ,

где b – ширина подошвы фундамента;

α – угол распределения давления в песчаных грунтах составляет: крупных –40°; средней крупности –35°; мелких –30°;

σzg – давление от веса выше лежащих слоёв грунта на ниже лежащие (бытовое);

σzр – давление от сооружения (дополнительное).

Расчётное сопротивление слабого грунта R определится по формуле:

R = kr=·kr> •M · k · § · γ + M · Ðz + d · γ´ + M · C £

@ k T c ‹‹ & ‹‹ ‹‹ .

8.3. Уплотнение грунтов тяжёлыми трамбовками

Уплотнение грунта тяжёлыми трамбовками применяется при наличии в основании рыхлых песчаных грунтов, макропористых просадочных с целью ликвидации просадочных свойств, свежеуложенных связных и насыпных грунтов при Sr ˂ 0,7.

Уплотнение грунтов производится свободным сбрасыванием с помощью крана – экскаватора трамбовки массой 25 ÷ 150 кН с высоты 4 ÷ 12 м (рис. 59). Трамбование грунтов производится по всей площади сооружения

или в отдельных котлованах в месте расположения фундаментов. толщина уплотнённого слоя может составлять 1,5 ÷ 10 м. Основные показатели уплотнения грунтов

приведены в табл. 8.

Рис. 59. Уплотнение грунтов тяжёлой трамбовкой

1 – тяжёлая трамбовка; 2 – слабый грунт; 3 – прочный грунт; 4 – уплотнённый грунт; 5 – слой грунта, равный величине поверхности при опытном трамбовании (недобор грунта); 6 – направление движения экскаватора; 7 – экскаватор.

71

Трамбовка изготавливается из железобетона и имеет форму круга или многоугольника. Уплотнение тяжёлыми трамбовками производится таким числом ударов по одному следу, при котором наблюдается отказ, т. е. величина осадки поверхности грунта от одного удара. Величина отказа принимается равной:

− для пылевато-глинистых грунтов – 1,0 ÷ 2,0 см; − для песчаных – 0,5 ÷ 1,0 см.

Основным критерием качества уплотнения является проектная плотность сложения. Перед началом работы выполняется опытное уплотнение, при котором определяется величина понижения уплотняемой поверхности и необходимое количество ударов по одному следу (рис. 60).

Таблица 8

Основные показатели уплотнения грунтов тяжёлыми трамбовками

Примечание. 1. Таблица составлена с использованием данных «Пособия по производству работ при устройстве оснований и фундаментов» при уплотнении грунтов до коэффициента kупл. = 0,95 – 0,96.

2.В каждом конкретном случае организации уплотнения приведённые данные уточняются по результатам опытного трамбования.

72

Рис. 60. Опытное уплотнение грунта на строительной площадке

а) План опытной площадки 1,2 – номера металлических штырей ( 20, длина 40 см);

3 – места отбора монолитов грунта; 4 – контрольный шурф (8,0 х 2,5 х 4,0 м); 5 – места ударов трамбовкой (следы).

б) График понижения трамбуемой поверхности, по которому для выполнения проекта уплотнения грунтов тяжёлой трамбовкой назначаются значения n и Sn.

8.4. Поверхностное уплотнение грунтов

Поверхностное уплотнение грунтов применяется для уплотнения сравнительно небольшой толщи грунтов. Уплотнение производится укаткой, трамбованием, вибрационными механизмами, подводными взрывами, методом вытрамбовывания котлованов. Уплотняемость грунтов, особенно пылевато-глинистых, в значительной степени зависит от их влажности и определяется максимальной плотностью скелета уплотнённого грунта ρd,max и оптимальной влажностью W0. Эти параметры определяются по методике стандартного уплотнения грунта при различной влажности (рис. 61).

Уплотнение достигается многократной проходкой уплотняющих механизмов (от 6 до 12 раз по одному следу). Основные технические характеристики грунтоуплотняющих механизмов приведены в табл. 9.

73

Рис. 61. Зависимость плотности скелета уплотнённого грунта от влажности при стандартном уплотнении

Таблица 9

Основные технические показатели работы грунтоуплотняющих машин

Примечание. Глубина уплотнения рыхлых глинистых грунтов принимается на 20 ÷ 25%, а песчаных – на 15 ÷ 25% больше приведённых значений.

8.5. Глубинное виброуплотнение грунтов

Применяется для уплотнения рыхлых песчаных грунтов природного залегания, а также при укладке несвязных грунтов в насыпи, устройстве обратных засыпок.

74

При воздействии вибрационных нагрузок сыпучие грунты, у которых отсутствует сцепление между частицами, приходят в движение, в результате чего сыпучие материалы уплотняются.

Эффективность метода увеличивается при подаче в зону уплотнения воды.

Существует два основных метода виброуплотнения (рис. 62):

1.Уплотнение происходит при погружении в грунт вибробулавы

(рис. 62а). Водонасыщение грунта осуществляется подачей воды через иглофильтр из расчёта 50 л/м3 уплотнённого грунта. Обычно уплотняемая толща грунта составляет 1,5 – 3,5 м;

2.Уплотнение происходит за счёт погружения в грунт стержня в виде трубчатой штанги диаметром 130 мм, с приваренными к ней через 400 – 500 мм металлическими планками. Погружение осуществляется с помощью вибратора (рис. 61б). Высота уплотнённой толщи может достигать 20 м.

Рис. 62. Схемы глубинного уплотнения грунтов

свая; 8 – зона уплотнённого грунта.

Как правило, сваи размещают в шахтном порядке (рис. 64). Расстояние между сваями определится по формуле:

L = 0,952d—¿ ρµ,rÒt ,

ρÓ,rÒt ρµ

где dcb – диаметр песчаной сваи; ρd и ρd,com – соответственно значения плотности частиц сухого грунта до и после уплотнения.

76

Примечание: при устройстве песчаных свай под отдельные или ленточные фундаменты необходимо, чтобы крайний ряд свай находился за краем фундамента на расстоянии 200 – 300 мм.

1 – песчаные сваи; 2 – зона уплотнения грунта.

Рис. 64. Схема расстановки песчаных и грунтовых свай в плане

8.7. Уплотнение грунтовыми сваями

Применяется для улучшения строительных свойств просадочных макропористых и насыпных пылевато-глинистых грунтов при степени влажности Sr = 0,3 ÷ 0,7 глубину до 8 м (рис. 65).

Суть метода заключается в погружении в грунт инвентарной трубы (1) диаметром 280 мм с

грунта.

77

Примечание. Расстояние между грунтовыми сваями, расположенными в шахматном порядке, определяется по той же формуле, что и для песчаных.

8.8. Термическое закрепление грунтов

Применяется для упрочнения маловлажных пылевато-глинистых грунтов, обладающих газопроницаемостью. Наиболее часто этот метод используется для ликвидации просадочных свойств макропористых лессовидных грунтов на всю глубину просадочной толщи. Мощность закрепляемой толщи достигает 20 м (рис. 66).

Сущность метода термической обработки заключается в том, что через грунт в течение нескольких суток пропускают раскаленный воздух или раскалённые газы.

Под воздействием высокой температуры отдельные минералы, входящие в состав скелета, оплавляются. В результате этого образуются прочные водостойкие структурные связи между частицами и агрегатами грунта.

При этом выделяют два основных способа:

1. С помощью специальных калориферов в скважину под давлением нагнетают раскаленный до t = 600 ÷ 800° С воздух (рис. 66);

2.Непосредственным сжиганием топлива в скважине t = 600 ÷ 800° С (рис. 66).

78

Технология термического закрепления грунтов заключается в следующем. С поверхности грунта бурятся скважины (5) диаметром 100 – 200 мм, которые закрывают специальными керамическими затворами. В камеру сгорания (4) подают через трубопровод (1) топливо (горючие газы, сляровое масло, нефть), а через трубопровод (2) воздух. Термическая обработка производится в течение 5 ÷ 12 суток, расход топлива около 25м3/с на 1 п.м. скважины.

При этом образуется колонна закреплённого грунта диаметром до 3 м. Прочность массива закреплённого грунта 1500 ÷ 2000 кПа.

Примечание. Если температура газов окажется выше 800° С, то стенки скважин опаливаются и становятся газонепроницаемыми. При температурах ниже 300° С ликвидация просадочности лёссов не происходит.

8.9. Силикатизация грунтов

Применяется для химического закрепления песков с коэффициентом фильтрации kф = 0,5 – 2,0 м/сут, макропористых просадочных грунтов с коэффициентом фильтрации kф = 0,2 – 2,0 м/сут и отдельных видов насыпных грунтов. Сущность метода заключается в том, что в грунты нагнетается силикат натрия в виде раствора (жидкое стекло), которым заполняется поровое пространство, а при наличии отвердителя образуется гель кремниевой кислоты, который и цементирует грунтовый массив.

Существует два способа силикатизации грунтов:

1.Двухрастворый способ силикатизации применяется для закрепления песчаных грунтов.

2.Однорастровый способ силикатизации применяется для закрепления

лессовидных просадочных грунтов.

При двухрастровом способе в песчаный грунт при погружении трубы – инъектора нагнетают жидкое стекло, а при извлечении – раствор хлористого кальция. В результате химической реакции образуется гель кремниевой кислоты, который цементирует грунтовый массив. В результате образуется колонна закреплённого грунта диаметром 0,3 – 1,0 м с прочностью 1500 – 5000 кПа.

Однорастровый способ силикатизации применяется для закрепления лессовидных просадочных грунтов. При этом в грунт через иглофильтры нагнетается только жидкое стекло. Отвердителем являются карбонаты, присутствующие в грунте, которые, вступая в реакцию с жидким стеклом, образуют гель кремниевой кислоты. В результате образуется колонна закрепленного грунта диаметром 0,5 – 0,8 м с прочностью 1000 – 1500 кПа.

79