1. Общие положения

При строительстве на сильносжимаемых и малопрочных грунтах, когда устройство фундаментов мелкого заложения на естественной основании становится нерациональным, производят или укрепление этих грунтов, или применяют фундаменты глубокого заложения. Вопрос о том, какому варианту отдать предпочтение решается на основе сравнения технико – экономических показателей.

Существуют много способов укрепления грунтов. Выбор способа укрепления также производится путем сравнениям вариантов по технико – экономическим показателям с учетом области применения каждого метода.

Искусственное уплотнение грунтов широко применяется в основаниях фундаментов различных промышленных, гражданских, гидротехнических и других сооружений, а также при возведении насыпей железных и автомобильных дорог, при строительстве аэродромов.

2. Методы укрепления почв.

0. Общие сведения

Существующие методы упрочнения грунтов можно разделить на три группы: механические, физические, химические.

К механическим относятся: трамбование и виброуплотнение грунтов, замена грунтов основания более прочными грунтами, глубинное уплотнение грунтовыми и песчаными сваями, применение шпунтовых ограждений.

К физическим относятся: уплотнение грунтов при помощи понижения УГВ (уровня грунтовых вод) и вертикальный дренаж основания.

К химическим относятся: цементация, силикатизация, смолизация, битумизация, а также электрохимическое и термическое закрепление грунтов.

Увеличить прочность и уменьшить сжимаемость грунтов можно либо за счет уменьшения пористости грунтов, либо путем увеличения сцепления между частицами скелета грунта .

Уменьшение пористости достигается чаще всего механическими методами: трамбованием, виброуплотнением и пр.

Увеличение сцепления между частицами скелета создается химическими методами или термообработкой.

Для упрочнения водонасыщенных грунтов применяется водопонижение и дренаж.

0. . Механические методы

Поверхностное уплотнение грунтов.

Поверхностное уплотнение грунтов применяют при уплотнении маловлажных и влажных почв из степенью водонасыщения S_r ‹ 0,7.

• Уплотнение на глубину 0,1 – 0,35м осуществляется гладкими и кулачковыми катками, легкими трамбовками.

• Для уплотнения на глубину 0,5 – 0,7м рыхлых грунтов, песчаных и крупнообломочных применяют виброплиты и виброкатки.

• Если нужно уплотнение на большую глубину применяют трамбование тяжелыми трамбовками, которые подвешены к крану на базе экскаватора, трактора или копра.

Трамбовка весом 2 – 4т, которую бросают из высоты 4-5м, дает уплотнение на 1,5 – 2,2 м.

Трамбовки весом 5–7т, которые сбрасывают из высоты 6 – 8м, дают уплотнение до 3,5м.

Следует учитывать, что при трамбовании плотность грунта значительно увеличивается в верхних слоях и уменьшается с глубиной. Достаточно уплотненной считается толща грунта, у подошвы которой плотность равна проектной.

Величина понижения основания от одного удара называется отказом при уплотнении трамбованием:

Для глинистых грунтов – 1...2 см, для песков – 0,5 – 1см.

Общая осадка – 40 – 60см.

Уплотнение следует выполнять при оптимальной влажности грунта.

Оптимальная влажность глинистых грунтов

W_опт = W_р + (1..3%), (1)

Если влажность менее оптимальнойпроизводится доувлажнение. Требуемое количество воды:

, (2)

где W – естественная влажность;

W_опт – оптимальная влажность;

h_уп – толщина слоя уплотнения;

F – площадь зоны, которая плотнится;

h_упл = к*d

где d – диаметр трамбовки;

к = 1,55 для песка;

к = 1,45 – для суглинка.

Трамбование выполняется через 12 – 24 часа после проникания воды в грунт.

Для контрольного определения толщины уплотненного слоя отрывается шурф, из которого через 0,25м отбираются монолиты (образцы).

Устройство песчаных подушек.

Песчаные подушки широко используются для замены сильно сжимаемых грунтов в основании фундаментов и в качестве подготовки искусственного основания на водонасыщенных глинистых грунтах.

Песчаные подушки применяются в следующих целях:

1. Для уменьшения осадки фундаментов сооружений, если Е_{песч.подушки} > чем Е_{упл.грунта}. Модуль деформаций песчаной подушки 1,2..2,0кПа.

2. Для увеличения устойчивости фундаментов, если прчностные характеристики (С, )песчаной подушки больше, чем у грунтов основания.

3. Для более равномерной осадки соседних фундаментов за счет перераспределения напряжений на лежащие под подушкой грунты.

4. Для уменьшения глубины заложения фундаментов.

5. Для замены пучинистых грунтов.

6. Для укрепления глинистых водонасыщенных грунтов, залегающих ниже песчаной подушки, за счет дренирования воды в песчаную подушку.

Толщина подушек от 0,5м до 6м из среднего и крупного песка.

Минимальная толщина песчаной подушки определяется из условия, чтобы осадка песчаной подушки и нижележащих грунтов была бы меньше предельно допустимой для данного сооружения.

Методы возведення песчаных подушек должны обеспечить максимальную плотность песка в теле подушки.

Глубинное уплотнение грунтов.

Сущность глубинного уплотнения заключается в том, что в грунт основания на определеннуюглубину внедряется уплотнитель. При этом происходит уменьшение объема порового пространства вокруг уплотнителя на величину, равную объему уплотнителя, погруженного в грунт.

Глубинное уплотнение производится путем устрорйства свай.

Рациональные сваи:

• грунтовые сваи – в макропористых просадочных грунтах ;

• песчаные – в водонасыщенных глинистых грунтах, рыхлых песках и заторфованих грунтах;

• известковые, шлаковые – в водонасыщенных глинистых грунтах.

Грунтовые сваи устраивают двумя способами:

1. в грунт погружают пустотелую трубу с закрытым концом. Затем трубу вытаскивают и полученную скважину заполняют уплотненным грунтом;

2. в грунт опускают удлиненный заряд взрывчатого вещества (ВВ), который после взрыва уплотняет грунт. Воронки также заполняют уплотненным грунтом.

Песчаные сваи применяют для глубинного уплотнения сильно сжимаемых грунтов.

Вибратором или молотом в грунт внедряется инвентарная стальна труба с открывающимся нижним концом. На конец надето кольцо. Затем в трубу засыпается песок и труба медленно при вибрировании вынимается, получается свая.

Глубина уплотнения до 18м.

0. . Физические методы.

Используются для уплотнения водонасыщенных глинистых грунтов.

Одном из методов искусственного улучшения оснований является предварительное обжатие грунтов давлением, равным или большим чем давление от фундаментов сооружения.

Осуществляется либо пригрузкой в виде насыпи, либо понижением уровня грунтовых вод в водонасыщенных грунтах.

Сложность при уплотнении насыпью или пригрузкой с водоснижением заключается в том, что при отсыпке высоких насыпей грунт может выпирать на поверхность, так как водонасыщенный грунт слабо сопротивляется сдвигу. Предотвращение – ускорение консолидации грунтов с помощью дрен.

1. Вертикальные дрены. Ускорение процесса консолидации и уплотнения глинистых грунтов производится с помощью вертикальных дрен. В толще уплотненного грунта делаются вертикальные песчаные дрены, при помощи опускания обсадной трубы с последующим заполнением песком. В отличии от песчаных свай стремятся, чтобы грунт у дрен не плотнялся вокруг них. Глубина уплотнения до 25м, сверху устраивается песчаная подушка.

2. При необходимости обжатия грунта в пределах большей площади в водонасыщенных грунтах используют обжатие грунта понижением уровня грунтовых вод. Площадь окружается иглофильтрами или колодцами, из которых откачивают воду. Преимущество – можно обжать слои грунта на глубину до 35м.

3. Электроосмос. Повышение проникаемости грунтов. При пропускании через глинистый грунт постоянного тока в грунте происходит перемещение воды к катоду. Катодом является иглофильтр, через который откачивают воду.

0. . Химические методы.

Это методы, при которых повышение прочности и уменьшение сжимаемости грунта происходит за счет увеличения сцепления между частицами. Это термический способ, силикатизация, цементация, глинизация и др.

Термической способ.

Применяется для маловлажных глинистых грунтов, имеющих высокую проницательность (к_ф > i* 10^-5 м/сек.) обычно при просадочных макропористых грунтах.

В пробуренные скважины подается горячий воздух, создается высокая температура 300 - 400º и более до 900º. Скважины герметически закрываются. Происходит спекание частиц между собой.