Лекции / Фундаменты в вытрамбованных котлованах (Лекция 15.2.6)

Фундаменты в вытрамбованных котлованах.

В последнее время сформировалось и успешно развивается новое направление в строительстве на просадочных грунтах — устройство фундаментов в уплотненном грунте. Особенность его состоит в том, что в процессе устройства фундаментов под подошвой и вокруг их боковых граней создается уплотненный непросадочный грунт повышенной прочности и несущей способности. Нагрузка от фундаментов по подошве и боковым стенкам передается вначале на уплотненный грунт, а затем на грунты природного сложения, благодаря чему достигается более высокая несущая способность фундаментов.

Сущность метода устройства фундаментов в вытрамбованных котлованах состоит в том, что котлованы под отдельные фундаменты не отрываются, а вытрамбовываются на необходимую глубину с последующим заполнением вытрамбованного котлована бетоном враспор или установкой сборного элемента. Для повышения несущей способности грунтов под фундаментами в дно вытрамбованного котлована втрамбовывается порциями жесткий грунтовой материал (щебень, песчано-гравийная смесь, крупный песок и т. п.). Вытрамбовывание котлованов производится после планировки застраиваемого участка с отметки основания пола. Благодаря сочетанию в одном процессе, уплотнения грунта и образования котлована резко сокращается (в 3—6 раз) объем земляных работ, связанных с отрывкой и обратной засыпкой котлованов, а при бетонировании фундаментов в распор практически полностью исключаются опалубочные работы. Наличие уплотненной зоны под котлованом и вокруг его наклонных боковых стенок позволяет существенно снизить размеры фундаментов. В результате этого применение методов устройства фундаментов в вытрамбованных котлованах по сравнению с обычными столбчатыми и ленточными фундаментами, а также свайными позволяет существенно снизить расход бетона, металла, стоимость и трудоемкость работ.

Для вытрамбовывания котлованов используют краны-экскаваторы, тракторы с навесным оборудованием, включающим направляющую штангу, каретку и трамбовку. Направляющая штанга длиной 8—12 м обеспечивает вертикальность падения трамбовки в одно место. Трамбовку изготавливают по форме будущего котлована. В плане она может быть квадратной, прямоугольной, шестигранной высотой от 1 до 3,5 м. Каретка обеспечивает скольжение трамбовки по направляющей штанге.

Вытрамбовывание котлованов производят путем сбрасывания трамбовки по направляющей штанге с высоты 4—8 м в одно место. Для вытрамбовывания котлованов под обычные столбчатые фундаменты (без уширения основания) на глубину 1 м требуется 10—16 ударов, или 2—4 мин, а котлованов глубиной до 3 м с уширенным основанием с учетом втрамбовывания в дно жесткого материала — около 40—60 ударов, т. е. 10—20 мин.

Разработаны и успешно применяются методы устройства в вытрамбованных котлованах столбчатых фундаментов без уширения основания; с уширенным основанием, получаемым путем втрамбовывания в грунт жесткого грунтового материала; ленточных прерывистых (рис. 1). Кроме этого, проводятся работы по разработке конструкций и методов устройства фундаментов с несущим слоем, создаваемым путем втрамбовывания под фундаментом и вокруг него жесткого грунтового материала с повышенной прочностью, сборных фундаментов с уширенным основанием, арочных фундаментов под несущие стены и др.

1

Рисунок 1. Основные виды фундаментов в вытрамбованных котлованах: а — столбчатый без уширения; б — с уширенным основанием; в — разрез и план ленточного прерывистого; 1 — стакан для установки колонны; 2 — фундамент; 3 — уплотненна» зона; 4 — вытрамбованный жесткий грунтовый материал.

В зависимости от особенностей грунтовых условий фундаменты в вытрамбованных котлованах применяются: на просадочных лессовых, покровных глинистых, насыпных глинистых грунтах. В отдельных случаях возможно применение фундаментов в вытрамбованных котлованах: в супесях, а также в мелких и пылеватых песках; в плотных глинистых грунтах с объемной массой скелета более 1,65 т/м3; в грунтах со степенью влажности более G>0,75.

На просадочных грунтах со II типом грунтовых условий фундаменты в вытрамбованных котлованах допускается применять при условии, если суммарная величина просадки грунта от собственной массы и осадки фундамента от его нагрузки не превышает предельно допустимых величин для проектируемых зданий и сооружений. Исходя из конструктивных особенностей проектируемых зданий и сооружений, столбчатые фундаменты в вытрамбованных котлованах целесообразно применять для каркасных промышленных, гражданских и сельскохозяйственных зданий при вертикальной нагрузке на них до 2000 кН; ленточные прерывистые фундаменты — для бескаркасных жилых и промышленных зданий при нагрузке до 300 кН/м.

Устройство фундаментов в вытрамбованных котлованах осуществляется по технологическим схемам производства работ, включающим: проведение опытных работ; отрывку котлована с доувлажнением грунта в необходимых случаях; вытрамбовывание котлованов под фундаменты, втрамбовывание жесткого грунтового материала; приемку и подготовку котлованов для устройства фундаментов и возведение фундаментов.

Опытные работы включают два основных этапа: отработку технологии вытрамбовывания котлованов, втрамбовывание в дно их жесткого материала и изучение эффективности применения фундаментов в вытрамбованных котлованах. На первом этапе опытных работ определяют: среднее количество ударов трамбовки, и оптимальную высоту сбрасывания для вытрамбовывания котлованов; для фундаментов с уширенным основанием количество и объем засыпки жесткого материала, а также необходимое число ударов для втрамбовывания каждой порции засыпки; для ленточных прерывистых фундаментов — минимально допустимое расстояние между двумя соседними котлованами при различной глубине вытрамбовывания.

На втором этапе определяют объемную массу скелета, влажность, прочностные характеристики уплотненного грунта, размеры уплотненной зоны вокруг вытрамбованного котлована, а также размеры уширенного основания при втрамбовывании в дно жесткого материала. Кроме этого, в необходимых случаях проводятся испытания опытных фундаментов на вертикальные и горизонтальные нагрузки и определение модулей деформации уплотненных и неуплотненных просадочных грунтов штампами.

2

Испытания опытных фундаментов вертикальными и горизонтальными статическими нагрузками производятся, как правило, для новых районов, в которых впервые начинается применение фундаментов в вытрамбованных, котлованах; новых конструкций фундаментов в вытрамбованных котлованах, новых конструктивных схем зданий. Котлованы под здания для устройства нулевого цикла отрываются до отметки основания пола с подсыпкой в пониженных местах рельефа местного глинистого грунта и уплотнением до объемной массы скелета 1,55—1,6 т/м3.

Вытрамбовывание производится вдоль осей здания отдельными участками сразу на всю глубину котлована. При расстояниях в свету между отдельными фундаментами менее 0,8 bср (bср — ширина трамбовки в среднем сечении) котлованы вытрамбовываются через один фундамент. Вытрамбовывание котлованов под пропущенные фундаменты производится не менее чем через 7 суток после бетонирования фундаментов в. ранее вытрамбованных котлованах.

Котлованы вытрамбовываются путем последовательного сбрасывания трамбовки по направляющей штанге с высоты 3— 8 м (рис. 2). При этом высота сбрасывания трамбовки назначается из расчета, чтобы величина погружения трамбовки за один удар не превышала 0,15 глубины котлована, исключалось засасывание трамбовки, обеспечивалась сохранность стенок котлована и т. п.

Рисунок 2. Технологическая схема устройства фундаментов в вытрамбованных котлованах с уширенным основанием: I— установка трамбовки и вытрамбовывание котлована; II

— засыпка в котлован жесткого материала; III — втрамбовывание жесткого материала в дно котлована; IV — бетонирование фундамента; V — готовый фундамент; 1 — трамбовка; 2— направляющая штанга; 3 —каретка; 4 — котлован; 5 —бункер с жестким материалом; 6 — жесткий материал; 7 — втрамбованный в грунт жесткий материал; 8 — бетон фундамента; 9 — стакан для установки колонны.

Втрамбовывание жесткого материала в дно котлована производится сразу после его вытрамбовывания без изменения положения механизма и направляющей штанги. При последовательном выполнении работ особое внимание обращается на точность установки направляющей штанги и трамбовки в их первоначальное положение.

Засыпка и втрамбовывание жесткого материала в вытрамбованный котлован производится отдельными порциями из расчета заполнения котлована на 0,6—1,2 м по высоте и выполняется при поднятой трамбовке мерными емкостями (например, ковшом автопогрузчика). Каждая порция материала засыпается после втрамбовывания предыдущей до проектной глубины котлована или отметки, указанной в проекте.

Смещение центров вытрамбованных котлованов от проектного положения не должно превышать 0,1 его ширины поверху, а при наличии стакана для установки колон-

3

ны 0,05. При невыполнении этих условий перед сдачей котлованов производится соответствующая подрезка боковых стенок котлована вручную с удалением или доуплотнением осыпающегося грунта на дно котлована.

Фундаменты устраивают сразу после приемки вытрамбованных котлованов. Устройство их начинается с установки и закрепления арматурных сеток (каркасов), а также опалубки выступающих частей гнезд и закладных деталей фундаментов. Бетонирование фундаментов производится «враспор» бетоном B15…В20 до заранее установленных отметок на стенках котлована, опалубки стакана или специально устанавливаемых приспособлениях.

Во избежание засорения бетона грунтом подачу его в котлован целесообразно осуществлять по легким наклонным лоткам, передвигаемым с одного котлована на другой. Бетонируют фундаменты на всю высоту до проектной отметки верха. Допуски и отклонения верхних поверхностей фундаментов от проектной отметки не должны превышать ±10 мм.

Вытрамбовывание котлованов в зимнее время должно производиться при талом состоянии грунта. При промерзании грунта на глубину более 30 см перед началом работ по вытрамбовыванию котлованов производится его оттаивание на всю толщину мерзлого слоя. Перед вытрамбовыванием котлованов снег и лед с поверхности грунта в местах их расположения удаляют. В процессе производства работ по вытрамбовыванию котлованов, втрамбовыванию жесткого материала в дно котлована, а также бетонированию фундаментов не допускается попадание в котлован комьев снега, льда, мерзлого грунта.

Втрамбовывание жесткого материала в дно котлована в зимних условиях должно производиться только при талом состоянии грунта на дне котлована сразу после его вытрамбовывания. Жесткий материал, используемый для создания уширенного основания, должен находиться в талом или сыпучем состоянии. После вытрамбовывания до проектной отметки и втрамбовывания жесткого материала котлованы должны закрываться утепленными крышками, с тем, чтобы сохранить талое состояние грунта на дне и стенах котлованов до бетонирования фундаментов.

4