Уплотнение грунта: катками, пригрузкой

0
67

Уплотнение грунта тяжелыми трамбовками получило большое распространение для ликвидации, например, просадочных свойств грунтов.

Применение трамбовок массой 5…7 т, которые сбрасываются с высоты 6…8 м, позволяет уплотнить основание на глубину 2,5…3,5 м. В настоящее время данным методом уплотняются грунты на глубину до 6…10 м.

Уплотнение грунта ведется участками. Число ударов «по следу» принимается из условия уплотнения основания до «отказа» — это соответствует числу ударов, начиная с которого приращение понижения трамбуемой поверхности происходит на одну и ту же величину. Значение «отказа» уточняется на строительной площадке опытным трамбованием.

грунт

При необходимости уплотнения дна котлована глубина его разрабатывается с недобором на величину понижения поверхности при трамбовании Dh, которая устанавливается при опытном уплотнении. После окончания процесса трамбования разрыхленный верхний слой толщиной от 7 до 10 см следует доуплотнить либо легкими ударами трамбовки, сбрасываемой с высоты 0,5…1 м, либо катками — при больших площадях трамбуемой поверхности.

 Уплотнение грунтов катками

Уплотнение грунтов катками, легкими трамбовками и другими механизмами и транспортными средствами выполняют при оптимальной влажности грунта. Уплотнение ведут до определенной степени плотности, где максимальная плотность сухого грунта, получена из опыта стандартного уплотнения. Если грунты, подлежащие уплотнению, имеют влажность меньше нормативной, то их доувлажняют, например котлован перед уплотнением замачивают расчётным количеством воды.

Вибротрамбование виброкатками

Вибротрамбование выполняется самоходными виброкатками при фронте работ, достаточном для их маневрирования и разворота, а самопередвигающиеся виброплиты (рис.9) и вибротрамбовки используют, как правило, в стесненных условиях.

При конструктивно улучшенных основаниях (например, устройством песчаных или грунтовых подушек, отсыпок, армировании насыпного грунта и т.п.), а также при механическом поверхностном уплотнении грунтов следует учитывать, что наибольший эффект уплотнения достигается при влажности их, близкой к оптимальной.

В табл.3 даны пределы оптимальной влажности и плотности сухого уплотненного грунта в зависимости от вида основания.

ТАБЛИЦА 3. ОПТИМАЛЬНАЯ ВЛАЖНОСТИ И ПЛОТНОСТИ УТРАМБОВАННОГО ГРУНТА.

п/п Вид грунта Диапазоны
оптимальной влажности, % плотности сухого уплотненного грунта, т/м³
1 2 3 4
1 Песчаный 8…12 1,75…1,95
2 Супесчаный 9…15 1,65…1,85
3 Пылеватый 14…23 1,6…1,82
4 Суглинистый: * *
5 — тяжелый 15…22 1,6…1,8
6 — пылеватый 17…23 1,58…1,78
7 Глинистый 18…25 1,55…1,75

 

Эффективность уплотнения грунтов зависит от равномерной толщины отсыпаемых слоев, например при устройстве грунтовых подушек, обратных засыпках пазух и т.п.

После уплотнения грунтов прочностные характеристики и модуль деформаций их принимаются, как правило, по результатам испытаний.

Более сложные виды трамбования под объекты промышленного назначения рассматривать в данном разделе сайта не будем.

Однако хочу обратить ваше внимание ещё на один метод уплотнения грунта понижением уровня подземных вод. В соответствии с рис.4 ниже рассмотрим методы уплотнения грунтов предварительным обжатием.

Уплотнение грунта понижением уровня подземных вод.

Уплотнение грунта понижением уровня подземных вод целесообразно осуществлять в слабых грунтах (см. табл.1). Понижение подземных вод производят путём откачки воды через иглофильтры

иглофильтры

Из скважин непрерывно откачивают воду и уровень подземных вод оказывается ниже дна котлована, что позволяет вести строительство в осушенном котловане.

При необходимости глубокого водопонижения при котлованном способе работ иглофильтры устанавливают в несколько ярусов.

Схема уплотнения грунта понижением грунтовых вод иглофильтрами в два яруса в котлованах под фундаменты.

Статью о сборном ленточным фундаменте можно почитать тут

линистые слабо фильтрующиеся грунты, как правило, плохо «отдают» воду, поэтому при их уплотнении прибегают к электроосмосу.

Для этого в грунт по контуру котлована (рис.13 поз.1) погружают две взаимно перпендикулярные сети электродов и пропускают через них электрический ток (рис.13 поз.М). Иглофильтры с коллектором (рис.13 поз.2) образуют сеть электродов — катодов. Анодами же являются стержни (рис.13 поз.6), погружаемые в грунт с внутренней стороны котлована на расстоянии, равном примерно 0,8 м от иглофильтров.

Схема осушения от грунтовых вод котлована под фундаменты с помощью электроосмоса или же, можно использовать метод: проникающей гидроизоляции

электроосмоса

При пропускании электрического тока по сети паровая вода концентрируется у катодов и откачивается насосом (рис.13 поз.4), что позволяет вести разработку котлована в обычных необводненных условиях.

 Уплотнение грунтов пригрузкой

Уплотнение грунтов пригрузкой с устройством вертикальных дрен выполняют при слабых водонасыщенных илах, глинах и суглинках, находящихся в текучем и текучепластичном состоянии, а также торфах. Перечисленные грунтовые отложения обладают малой водопроницаемостью. Роль пригрузки выполняет насыпь, а вертикальные дрены ускоряют процесс уплотнения.

В настоящее время кроме песчаных дрен нашли применение дрены из специального пористого картона, а также пластмассовые ленты в бумажном корпусе.

Ранее отмечалось, что с ростом объёмов и темпов строительства, повышением требований к устойчивости грунтов особое значение приобретает решение такой сложной проблемы, как целенаправленное искусственное изменение оснований зданий и сооружений в нужную для человека сторону.

Коэффициент уплотнения грунта

коэффициент уплотнения грунта

Выбор оснований под фундаменты зданий и сооружений

При определении глубины заложения фундамента руководствуются п.2.25 СНиП 2.02.01-83, который рекомендует учитывать целый ряд факторов, основными из которых являются: влияние климата, инженерно-геологические и гидрологические особенности, конструктивные особенности объекта и т.д.

При выборе оснований под фундаменты учитывают также изменения гидрогеологических условий площадки, как в период строительства, так и в процессе эксплуатации.

А также и глубину заложения, об этом узнать можно по ссылке

По СНиП 2.02.01-83 такой учёт должен исходить из наличия или возможности образования верховодки, естественных сезонных и многолетних колебаний уровня подземных вод. Учитывают также агрессивность подземных вод по отношению к материалам фундамента и коррозионную активность грунтов.

Все застраиваемые территории по характеру подтопления подразделяют на естественно-подтопленные, техногенно-подтопленные и неподтопленные. На подтопляемых территориях влажность грунтов или уровень подземных вод достигал или периодически достигает критических величин, при которых строительство или эксплуатация зданий и сооружений становится невозможной. В таких случаях необходимо применение специальных защитных мероприятий.

Прежде чем рассчитать основание под фундамент изучают основные свойства грунта.

Для исследования инженерно-геологических условий территории строительной площадки выполняют инженерно-геологические изыскания.

К отчету об инженерно-геологических исследованиях территории строительной площадки прилагают табличные и графические материалы. К таким относятся геологические и гидрогеологические карты и инженерно-геологические разрезы толщи грунта и инженерно-геологические колонки скважин.

Геолого-литологический разрез строят в целях освещения геологического строения грунтовой толщи, литологического состава слагаемых пород, их возраста, показателей состава и положения уровней подземных вод.

Для каждой выработки (например, по углам здания) по инженерно-геологическим колонкам строят геологические профили, на которых помимо указанных выше данных наносятся места отбора проб грунта.

Глубина заложения фундамента должна соответствовать глубине залегания того слоя грунта, который по своим качествам можно принять для здания за естественное основание.

Влияние геологии и гидрогеологии строительной площадки на глубину заложения фундамента определяют по табл.1.

ТАБЛИЦА 1. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ЗОНЫ УВЛАЖНЕНИЯ ГРУНТА И ГЛУБИНЫ ЗАЛЕГАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД.

Схемы природ-ных условий Типовые литологические разрезы Тол-щина слоя, м Глубина залегания подземных вод, м Гидрогеологические зоны увлажнения и их географическая приуроченность
1 2 3 4 5
1 Слой 1 — лессовидные суглинки и супеси просадочные, фильтрационно-анизотропные.Слой 2 (водоупор) — глины, песчаники, аргиллиты, известняки и др. до 25 15…25 Зона переменного увлажнения (Средне-русская возвышенность, Уфимское плато, долина р.Дон, Степной Крым, Азово-Черноморская полоса, Западная Сибирь)
2 Слой 1 — супеси, суглинки, пески флювио-гляциальные.Слой 2 (водоупор относительный) — глины и суглинки моренные до 15 до 10 Зона избыточного увлажнения (центральные и северо-западные районы европейской части РФ)
3 Слой 1 — суглинки или супеси покровные малой мощности.Слой 2 (водоупор) — глины набухающие 1…5 Более 15 Зона недостаточного и частично переменного увлажнения (Среднее и Нижнее Поволжье, Приволжская низменность, Северный Кавказ)
4 Слой 1 — суглинки, супеси, пески пылеватые, мелкие, крупные, галечники.Слой 2 (водоупор) — коренные породы различного возраста до 10 5…10 Зона переменного увлажнения (центральные районы европейской части РФ, западный и восточный склоны Урала, Восточная Сибирь)

 

Кроме того, при определении глубины заложения фундамента учитывают глубину промерзания грунта. Если основание состоит (см.табл.1) из влажного мелкозернистого грунта (песка мелкого или пылеватого, супеси, суглинка или глины), то подошву фундамента располагают не выше уровня промерзания грунта.

ПРИМЕЧАНИЕ: Уровень промерзания грунта принимают на такой глубине, где зимой наблюдается температура 0°, за исключением глинистых и суглинистых грунтов, для которых уровень промерзания принимают на меньшей глубине, такой, где возникает температура около -1°.

Нормативная глубина промерзания суглинистых и глинистых грунтов указана в СНиП II-A.6-62 на схематической карте, на которой нанесены линии одинаковых нормативных глубин промерзания, выраженных в сантиметрах.

ПРИМЕЧАНИЕ: Нормативную глубину промерзания пылеватых глин и суглинков, мелких и пылеватых песков и супесей принимают также по карте, но с коэффициентом 1,2.

Исследованиями установлено, что грунты под фундаментами наружных стен регулярно отапливаемых зданий (с температурой помещений не ниже +10°) промерзают на меньшую глубину, чем на открытой площадке. Поэтому расчётную глубину промерзания под фундаментами отапливаемых зданий уменьшают против нормативного значения:

  • на 30% — при полах на грунте;
  • на 20% — если полы на лагах по грунту,
  • на 10% — когда полы уложены на балках.

ПРИМЕЧАНИЕ: Глубина заложения фундамента под внутренние стены отапливаемых зданий не зависит от глубины промерзания грунта, поэтому её назначают не менее 0,5 м от уровня земли или пола подвала.

ПРИМЕЧАНИЕ: Глубину заложения фундаментов стен зданий, имеющих неотапливаемые подвалы, назначают от пола подвала, и она обычно равна половине расчётной глубины промерзания.

ПРИМЕЧАНИЕ: В непучинистых грунтах (крупнообломочных, а также песках гравелистых, крупных и средней крупности) глубина заложения фундамента не зависит от глубины промерзания; однако она должна быть не менее 0,5 м, считая от природного уровня грунта при планировке подсыпкой и от планировочной отметки при планировке срезкой.

Когда нагрузка, передаваемая на фундамент, значительна, а грунт основания слабый, в некоторых случаях устраивают сплошные фундаменты под всей площадью здания. Сплошные фундаменты сооружают обычно в виде железобетонных монолитных плит.

Монолитная плита особенно целесообразна, когда необходимо защитить подвал от проникания грунтовой воды при высоком её уровне, если полы подвала подвергается снизу большому гидростатическому давлению.

Основными факторами подтопления территории при строительстве и существующих объектов при эксплуатации являются:

  • при строительстве — изменение условий поверхностного стока воды при вертикальной планировке, засыпке естественных дрен, большой разрыв между земляными и строительными работами и т.п.;
  • при эксплуатации — инфильтрация утечек производственных вод, полив зеленых насаждений, уменьшение атмосферного испарения под зданиями и покрытиями и т.д.

Меньше всего подвержены подтоплению территории с глубоким залеганием подземных вод, сложенные хорошо проницаемыми породами и застроенные предприятиями с сухим технологическим процессом.

Исходя из выше изложенного очевидно, что без геологии возможно строительство только лёгких построек (сараи, летние кухни и т.п.), а вот заложение фундамента под дома высотой более 2-х этажей без геологии чреваты обрушением конструкций и разрушением строений.

Методы искусственного улучшения оснований под фундаменты.

Фундамент здания передаёт воспринимаемую им нагрузку от конструкций дома на плоскость основания — грунт. Несущему грунту необходимо выдержать эту нагрузку без разрушений.

Для оснований фундамента обычно используют два вида грунта:

  • грунты с высокой связностью — глина, суглинок;
  • грунты сыпучие — песок, гравий.

Среди связных и сыпучих грунтов существуют и переходные виды.

Более редко применяют скальные грунты, обеспечивающие высокую несущую способность. Встречаются грунты с низкой несущей способностью, такие как торф, макропористые лессовидные суглинки, насыпные грунты.

Однако часто строительство требуется вести на опасных для возводимых зданий подрабатываемых территориях, просадочных или набухающих грунтах, в оползневых районах, на болотистых заторфованных отложениях и других разновидностях неустойчивых и слабых грунтов. В этих условиях особое значение приобретает решение такой проблемы, как изменение характеристик грунтов, достигаемое их уплотнением или закреплением.

Если естественное основание оказывается недостаточно прочным (т.е. физико-механические характеристики его не соответствуют предъявляемым к нему требованиям), то прибегают к устройству искусственных оснований.

Все методы улучшения грунтовых оснований можно подразделить на конструктивные, механические и физико-химические.

Область применения методов улучшения оснований приведена в табл.2.

ТАБЛИЦА 2. СПОСОБЫ УЛУЧШЕНИЯ ОСНОВАНИЙ.

Вид метода (рис.4) Грунтовые условия Способы улучшения оснований
1 2 3
1 Слабые сильно сжимаемые грунты (илы, связные грунты в текучем состоянии, торфы, заторфованные грунты) Песчаные подушки
То же, а также просадочные грунты Грунтовые подушки из связного грунта
2 Слабые грунты, обводненные илы Пригрузка насыпи отсыпкой (в пределах возможной призмы выпирания)
3 Слабые грунты, обводненные илы Стальные стержни с антикоррозийным покрытием или технически негниющая ткань
4 Слабые песчаные и связные грунты То же
5 Макропористые, просадочные грунты, рыхлые песчаные, свежеуложенные связные и насыпные грунты при Sr<0,7 Механическое уплотнение
6 То же Механическое уплотнение
7 Рыхлые песчаные грунты Механическое уплотнение
8 Макропористые просадочные грунты (I типа) при Sr<0,7 Возможно применение метода и в непросадочных связных грунтах при yd=16…17,5 кН/м³
9 Макропористые просадочные грунты Сваи грунтовые
Рыхлые пылеватые и мелкие пески, слабые сильно сжимаемые заторфованные грунты Песчаные сваи
10* Рыхлые песчаные грунты Механическое уплотнение
11 Макропористые просадочные грунты Механическое уплотнение
12 То же Механическое уплотнение
13 Рыхлые песчаные грунты Механическое уплотнение
14 Слабые сильно сжимаемые водонасыщенные грунты Предварительное обжатие грунтов при снятии взвешивающего действия воды
15 Слабые сильно сжимаемые пылевато-глинистые и заторфованные грунты Предварительное обжатие грунтов с помощью внешней пригрузки и вертикальных дрен
16 Пески макропористые просадочные грунты Физико-химическое закрепление грунтов
17 В песках всех видов от пылеватых до гравелистых То же, кроме карбонатных
18 Трещиноватая скала, гравелистые и крупные пески Метод рекомендуется для закрепления грунтов с большой водопроницаемостью
19 Слабые пылевато-глинистые грунты (при коэффициенте фильтрации k<0,01 м/сут) Электроосмос с одновременной силикатизацией грунтового основания
20 Макропористые просадочные грунты Термическое закрепление грунтов обжигом
* При уплотнении песчаных грунтов широко применяют песчаные сваи, подводные, глубинные и поверхностные взрывы.

 

В результате технико-экономического сравнения конкурентоспособных вариантов выбирается вид основания и способ его устройства.

Конструктивные методы искусственного улучшения оснований.

Как уже отмечалось ранее (см. рис.4), конструктивные методы искусственного улучшения оснований реализуются устройством грунтовых подушек, насыпей, шпунтового ограждения и армированием грунта.

Метод 1. Грунтовые подушки.

Грунтовые подушки, согласно СНиП2.02.01-83, РЕКОМЕНДУЕТСЯ, выполнять из песка, гравия, щебня (возможно применение шлака и минеральных отходов различных производств) с полной или частичной заменой (в плане и по глубине) грунтов с неудовлетворительными свойствами.

В объёме подушки грунт находится в более сложном состоянии, чем в слоистом основании. Это связано с тем, что по периметру подушки находится слабый грунт, значительно уплотняющийся в горизонтальном направлении. Поэтому для обеспечения устойчивости расчётное сопротивление грунтов основания на подушку РЕКОМЕНДУЕТСЯ ограничивать значениями, не превышающими величин, указанных в прилож.3 СНиП 2.02.01-83.

ВНИМАНИЕ! При устройстве, например, песчаной подушки угол а колеблется в пределах 30…45°. Их НЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ применять при возможном вымывании (явление суффозии) песка из тела подушки, а также при заложении фундамента выше расчётной глубины промерзания, так как возможно пучение грунта в теле подушки при его замерзании.

Метод 2. Пригрузка насыпи.

Пригрузка насыпи, к которой прибегают для исключения выпора слабого грунта из-под сооружения. Устройство пригрузки в пределах возможной призмы выпирания обеспечивает устойчивость объектов, возведенных на насыпях.

Метод 3. Шпунтовое ограждение основания.

Шпунтовое ограждение основания применяют часто при сооружении одиночных фундаментов (мостовых опор, фундаментов маяков и т.п.) кругового очертания в плане. Шпунт (рис.7 поз.3) забивается по всему периметру фундамента (рис.7 поз.5) с целью избежать выпирания слабого грунта из-под фундамента.

При наличии слабого прослоя грунта (рис.7 поз.2) в основании шпунтовое ограждение забивают с таким расчётом, чтобы он (шпунт) заглублялся в прочные грунты с заделкой верха его в фундамент (рис.7 поз.5), под которым устраивают дренирующую песчаную подсыпку (рис.7 поз.4).

Метод 4. Армирование грунта.

Армирование грунта применяют для повышения устойчивости основания насыпей, а также для значительного увеличения устойчивости подпорных стен. При этом по мере обратной засыпки грунта в него закладывают арматурные стержни (или техническую негниющую ткань), которые идут, например, от подпорной стены и выходят за пределы призмы обрушения,

Иногда, согласно СНиП 2.02.01-83, армирование насыпного грунта выполняют введением в основание специальных пленок, сеток и других материалов.

Физико-химическое закрепление грунтов.

Особая роль при этом отводится закреплению грунтов. В соответствии с классификацией, приведенной на рис.4, ниже рассмотрим методы закрепления грунтов.

При этом отметим, что если при методах механического уплотнения за счёт уменьшения коэффициента пористости грунта происходила «переупаковка» (сближение) частиц, то при закреплении грунтов твёрдые частицы, как правило, не меняют своего положения. Но между ними возникают прочные связи за счёт инъекций различных химических растворов (иногда и с применением электрического тока) в грунты в условиях их естественного залегания.

Метод 18. Цементация грунтов.

Цементация грунтов — представляет собой заполнение пустот, трещин, крупных пор в крупнообломочных грунтах цементным или цементно-глинистым раствором, который со временем образует твёрдый цементный или цементно-глинистый камень.

Широк диапазон применения данного метода:

  • при укреплении оснований под здания и сооружения (при капитальном строительстве и при реконструкции);
  • при создании противофильтрационных завес;
  • для придания водонепроницаемости породам при устройстве шахт, тоннелей и т.п.

Однако цементация, например, скальных пород возможна, если ширина трещин в скале превышает 0,15…0,2 мм, а скорость подземных вод не более 0,25 см/с. При этом цементный раствор нагнетают в пробуренные скважины, который, заполняя трещины и пустоты в скале, после твердения придает ей монолитность и уменьшает её водопроницаемость.

При закреплении песчаных грунтов цементный раствор нагнетают через инъекторы. В результате поочередного нагнетания, например, в песчаный грунт любой влажности через перфорированную трубу (инъектор) цементного раствора — грунт прочно закрепляется и приобретает водоустойчивость.

Ниже кратко остановимся на двух инъекционных методах закрепления скальных пород — глинизации и битумизации.

Метод 18-1. Глинизация грунтов.

Глинизацию (так же, как и цементацию) применяют только при небольших скоростях движения подземных вод во избежание уноса раствора из тампонируемой зоны.

В качестве тампонажного раствора используют чистый глинистый раствор плотностью р=1,2…1,3 г/см³. При повышении давления (до 2МПа и более) вода из этого раствора отжимается, а обезвоженное глинистое тесто заполняет пустоты и придает породе водонепроницаемость.

Метод 18-2. Битумизация грунтов.

Битумизацию применяют при больших скоростях фильтрации в трещиноватых скальных и полускальных породах, т.е. в условиях, когда исключается применение цементации и глинизации.

Метод 18-2-А. Способ горячей битумизации грунтов.

Способ горячей битумизации состоит в том, что расплавленный битум нагнетается через пробуренные скважины и. остывая в породе, придает ей водонепроницаемость.

Недостатком способа является выдавливание битума из трещин при длительном действии напорных подземных вод. Поэтому метод применяется редко как в гидротехническом, так и в гражданском строительстве.

Метод 18-2-Б. Способ холодной битумизации грунтов.

Способ холодной битумизации нашел применение для закрепления песчаных грунтов с коэффициентом фильтрации от 10 до 50 м/сут и в основном для придания им водонепроницаемости. Способ заключается в нагнетании в закрепляемый грунт битумной эмульсии.

В связи с тем, что технология приготовления битумной эмульсии значительно сложнее технологии приготовления растворов для силикатизации и смолизации, способ холодной битумизации широкого распространения не получил.

Более сложные и трудозатратные способы укрепления грунта под объекты промышленного и гражданского назначения в данном разделе сайта рассматриваются.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Пожалуйста, введите ваш комментарий!
пожалуйста, введите ваше имя здесь