Закрепление грунтов: электрохимия и термическая обработка

Основные размеры котлованов. Обеспечение устойчивости стенок котлованов

Горизонтальные и вертикальные размеры котлованов

определяются с учетом их назначения, применяемых механизмов и технологии их сооружения. При определении размеров необходимо установить следую-

шие размеры котлована: поперечное сечение, его глубину, заложение

откосов боковых поверхностей, создание боковых берм, наличие и

размеры уступов в поперечном сечении.

Размеры котлованов определяются не только в зависимости от

геометрических размеров необходимых фундаментов, но также с учетом

способа производства работ, необходимого пространства для их

выполнения, места для размещения машин и механизмов, с учетом

пространства, занимаемого конструкциями крепления стенок котлована и

размещения при необходимости установок для осуществления водопони-

жения. Ширина пространства, необходимого для производства работ,

обычно определяется технологическими условиями.

В качестве пространства, необходимого для выполнения работ,

является:

в котловане с облицованными или необпицованными стенками -

расстояние между стенкой или подошвой откоса и внешней стороной

сооружаемого фундамента (например, стенки, возводимой в опалубке).

в котлованах с подпертыми стенками ~ расстояние между внешней

деталью стенок и сооружаемым фундаментом.

Минимально необходимая рабочая ширина котлована может быть

уменьшена в исключительных случаях.

Ширина траншеи по дну определяется как сумма ширины

сооружаемого фундамента с учетом установки опалубки к удвоенной

минимально необходимой рабочей ширины обшивки или стенок котлована.

В случае появления каких-либо дополнительных условий и размеров

ширина котлована должна быть увеличена.

 

В зависимости от глубины котлована, грунтовых условий и УГВ, котлованы устраивают либо с естественными откосами либо применяют те или иные методы их крепления.

А Котлованы с естественными откосами

Устраивают в сухих и маловлажных устойчивых грунтах.

Если высота котлована h_к≤5 м, то заложение откоса (отношение h_к/b) определяется по таблицам в зависимости от вида грунта.

Если высота h_к>5 м, то необходим расчет крутизны откоса.

· Такие котлованы наиболее просты, однако при этом резко увеличивается объем земляных работ, особенно при глубоких котлованах. Кроме того в естественных условиях города отрывка котлована с естественным откосом далеко не всегда возможна (близко расположенные здания)

Б Котлованы с вертикальными стенками

могут быть:

- с креплением

- без крепления

Без крепления допускается только в сухих и маловлажных устойчивых грунтах на непродолжительный срок. Глубина таких котлованов не должна превышать:

· в песках до 0,5 м

· в супесях до 1,0 м

· в суглинках и глинах до 3^х м

Конструкции креплений котлованов выбирают в зависимости от следующих условий:

· глубина котлована;

· свойств грунтов;

· УГВ;

· срок службы крепления.

В зависимости от этих условий подбираются следующие конструкции крепления:

· закладные крепления;

· анкерные или подкосные крепления;

· шпунтовые ограждения.

При расчете оснований, сложенных засоленными грунтами по второй группе предельных состояний, осадку основания следует определять с учетом деформаций, вызываемых внешней нагрузкой, а также возможных деформаций от просадки в результате набухания, усадки и суффозионной осадки.

Основания, сложенные засоленными грунтами, необходимо про-ектировать с учетом следующих факторов: возможности образования суффозионной осадки в результате фильтрации воды с последующим выщелачиванием солей; снижения прочностных характеристик в результате изменения физико-механических свойств в процессе выщелачивания; возможной просадки или набухания при замачивании, а также повышенной агрессивности подземных вод по отношению к материалам подземных конструкций, возможной в результате растворения солей, содержащихся в грунте.

Расчетное сопротивление основания R при возможности длительного замачивания и выщелачивания определяют по формуле (4.10) с учетом значений характеристик Если расчетные деформации основания превысят предельно допустимые по нормам или несущая способность окажется недостаточной, необходимо выполнять водозащитные мероприятия, исключающие замачивание, а в случае невозможности: осуществлять конструктивные меры, направленные на снижение неблагоприятного влияния неравномерных осадок; прибегать к частичной или полной срезке слоев засоленных грунтов с заменой последних подушками из пылевато-глинистых грунтов; применять свайные фундаменты с прорезкой слоев засоленных грунтов; использовать закрепление и уплотнение грунтов, а также предварительное рассоление специальными веществами, вступающими в реакцию с солями.

Если предусматривается комплекс мероприятий, направленных на предотвращение длительного замачивания и выщелачивания грунтов, или возможность последнего полностью отсутствует, осадки основания определяют как для незасоленных грунтов при полном водонасыщении.

При расчете оснований на подрабатываемых территориях учитывают расчетные относительные горизонтальные деформации, радиус кривизны деформации земной поверхности и показатель суммарных деформаций, развивающихся в пределах длины здания.

Фундаменты на подрабатываемых территориях должны проектировать с учетом неравномерного оседания поверхности грунта, сопровождаемого горизонтальными деформациями от сдвига массивов грунта в результате производства горных работ и перемещения грунта в выработанное пространство при добыче полезных ископаемых.

Вибропогружение

сваи наиболее эффективно при насыщенных водой песках. В этом случае вертикальные колебания, создаваемые вибратором, передаются сваей грунту, который разжижается, что приводит к резкому уменьшению сил трения по боковой поверхности и она легко погружается в грунт. После прекращения вибрирования структура грунта быстро восстанавливается и трение по боковой поверхности сваи увеличивается.

В Вдавливание

свай осуществляется с помощью мощных гидродомкратов и применяется тогда, когда нельзя использовать забивку или вибропогружение (вблизи существующих зданий), также применяется при усилении существующих фундаментов.

Г Ввинчивание

свай, снабженных на конце винтовыми лопастями (винтовые сваи), осуществляется особыми механизмами, называемыми кабестанами.

А Сваи без оболочки

применяют в связных сухих и маловлажных грунтах, где можно осуществлять бурение без крепления стенок скважин.

В водонасыщенных глинистых грунтах проходку скважин производят под защитой глинистого раствора, который, создавая избыточное давление в скважине, препятствуют обрушению ее стенок. После выполнения буровых работ в забой скважины через бетонолитную трубу подается бетонная смесь, которая вытесняет раствор глины.

Набивную сваю, скважина которой получена бурением, принято называть буронабивной.

Последовательность изготовления такой сваи представлена на рис. 11.8.

Чтобы не использовать глинистый раствор при бурении используют полый шнек. Во время бурения стенки скважины удерживаются лопастями, а при поднятии шнека по полой трубе подается бетон.

Армирование сваи в зависимости от проектируемого сооружения, внешних нагрузок и инженерно- геологических условий производится на полную длину, на часть длины или только в верхней части с ростверком.

Скважину, помимо бурения, можно получить и другими способами:

- пробить инвентарным сердечником, трубой с закрытым нижним концом;

- вытрамбовать специальной трамбовкой;

- взрывом гирлянды зарядов взрывчатого вещества в лидерной скважине.

Такой способ формирования скважин приводит к значительному уплотнению грунта основания, что повышает несущую способность изготавливаемых свай.

№ 12 ЕМТИХАН БИЛЕТІ/ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ

1. Общие сведения о фундаментах мелкого заложения

К ФМЗ относятся фундаменты, имеющие отношение высоты к ширине подошвы, не превышающее 4, и передающие нагрузку на грунты основания преимущественно через подошву.

ФМЗ возводятся в открытых котлованах или в специальных выемках, устраиваемых в грунтовых основаниях.

- ФМЗ по условиям изготовления разделяют на:

· монолитные, возводимые непосредственно в котлованах.

· сборные, монтируемые из элементов заводского изготовления.

- По конструктивным решениям ФМЗ разделяют на:

· отдельно стоящие фундаменты:

a) под колонну (опору);

b) под стены (при малых нагрузках)

· ленточные фундаменты:

a) выполняются под протяженные конструкции (стены);

b) выполняются под ряды и сетки колонн в виде одинарных или перекрестных лент.

· сплошные (плитные) фундаменты

Выполняются в виде сплошной железобетонной плиты, как правило, под тяжелые сооружения. Такие фундаменты разрезаются в плане только осадочными швами, что способствует уменьшению неравномерности осадки сооружения.

· массивные фундаменты

Выполняются в виде жесткого компактного железобетонного массива под небольшие в плане тяжелые сооружения (башни, мачты, дымовые трубы, доменные печи, устои мостов и т.п.).

- ФМЗ изготовляют из следующих матреиалов:

· железобетон

· бетон

· бутобетон

· каменные материалы (кирпич, бут, пиленные блоки из природных камней)

· в отдельных случаях (временные здания) допускается применение дерева или металла.

Железобетон и бетон – основные конструкционные материалы для фундаментов.

Бутовый камень, кирпич и каменные блоки используются для устройства фундаментов, работающих на сжатие и для возведения стен подвалов.

Бутобетон и бетон целесообразно применять при устройстве фундаментов, возводимых в отрываемых полостях или траншеях при их бетонировании в распор со стенками.

Железобетон и бетон можно применять при устройстве всех видов монолитных и сборных фундаментов в различных ИГУ, т.к. они обладают достаточной морозостойкостью, прочностью на сжатие (а для железобетона и на растяжение → действие моментов).

2 Трещины и их влияние на свойства грунта

Сопротивление взаимному перемещению частиц сыпучих грунтов, вызываемое трением в точках контакта частиц, называют внутренним трением грунта.

Трещины наиболее часто встречаются в скальных грунтах, плотных глинах, и изредка в песчаных грунтах. По степени расчлененности трещинами скальные грунты разделяют на: монолитные – если трещин нет, либо они есть, но не пересекаются; трещиноватые – трещины частично пересекаются, оставляя между блоками мостики прочного скального грунта; разборные – трещины образуют густую сеть, пересекаются и полностью разделяют обломки породы.

Трещины оказывают негативное влияние на свойства грунтов. По трещинам возможны сдвиги частей скального грунта под нагрузкой. Глинистые и песчаные грунты также могут иметь сеть трещин, по которым будет происходить замачивание массива, отрыв и соскальзывание при оползнях, следовательно, пренебрегать их трещиноватостью нельзя.

Набивные сваи

Понятие «набивные сваи» объединяет большое число различных конструкций свай и методов их изготовления. Но для всех видов набивных свай принципиально общей является основная технологическая схема: в грунте тем или иным методом устраивают скважину, которую затем заполняют бетоном.

Если до заполнения скважины бетоном в нее опускают стальной арматурный каркас, то получается железобетонная набивная свая.,

Применение того или иного способа устройства скважины и способа заполнения ее бетоном зависит от многих факторов: геолого- и гидрогеологических условий строительной площадки, эксплуатационных требований к свайному фундаменту, механовооружен-ности строительства и т. п.

В зависимости от материала, конструкции и способов изготовления различают следующие виды набивных свай:

по материалу — бетонные, железобетонные, песко- и грунто-бетонные, песчаные, грунтовые, комбинированные с применением металлической, асбоцементной и синтетических оболочек, сборного железобетона, дерева;

по глубине заложения — короткие (до 6 м) и длинные (более 6 м). - Кроме этого, набивные сваи подразделяют:

в зависимости от расположения свай в плане — одиночные, свайные кусты, полосы и поля;

по способу заделки — со свободной головой и заделкой в бетон ростверка или фундаментной плиты;

по отношению оси к горизонтальной плоскости — вертикальные и наклонные;

по горизонтальному сечению ствола — круглые сплошные и кольцевые;

по вертикальному сечению ствола — цилиндрические, гофрированные, конические, с уширенной пятой;

по характеру работы в грунте — висячие сван, сваи-стойки и анкерные.

Способы образования скважин следующие: механическое и вибромеханическое бурение, пробивка отверстий конусом или лидер-ной трубой, бурение под глинистым раствором, взрывной метод.

Применяют следующие способы бетонирования ствола: прямое, с применением вертикально перемещающейся трубы (ВПТ), под глинистым раствором, под защитой обсадной трубы, бетонирование с трамбованием, пневмо- и гидропрессование, раздельное бетонирование и др.

Способы образования уширен и й стволов возможны следующие: механическое трамбование, механическое бурение сухим способом или под глинистым раствором, гидро- и электромеханическим раздавливанием, термомеханическим бурением, вибрированием, пневмо- и гидропрессованием и взрывным методом.

В основу предлагаемой в настоящей работе классификации, набивных свай положены способы устройства скважин и методы их бетонирования.

 

№ 13 ЕМТИХАН БИЛЕТІ/ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ

1. Основные положения проектирования гибких фундаментов

Кроме жестких широко применяются гибкие фундаменты, которые работают совместно со сжимаемым основанием и рассчитываются на прочность при изгибе с учетом деформаций основания. При отношении высоты фундаментов к их длине более 13 можно рассматривать как абсолютно жесткие, при меньшем отношении следует считать их гибкими (ленточные железобетонные фундаменты, сплошные железобетонные плиты, фундаменты под группу опор и т. д.).

В настоящее время расчет гибких фундаментов производится в основном двумя методами: 1) местных упругих деформаций, учитывающих осадки только под фундаментом здания или сооружения, 2) общих упругих деформаций, учитывающих осадки не только под загруженной площадью, но и за ее пределами. Первый метод получил широкое распространение при; устройстве фундаментов на сильносжимаемых и малой мощности сжимаемых грунтах, второй используется при наличии достаточно плотных грунтов и не слишком больших по размерам площадок. При значительных размерах фундаментов и залегании на небольшой глубине несжимаемых пород лучшие результаты дает теория упругого слоя конечной толщины (где H - мощность сжимаемого слоя, полупролет ленточного фундамента). Теория местных упругих деформаций, предложенная Винклером, базируется на положении о прямой пропорциональности между давлением (реакцией грунта основания) и местной осадкой.

Беря последовательно производные уравнение, при r = 0 определим постоянную интегрирования p.

Дополнив эти уравнения двумя уравнениями равновесия и решая полученную систему уравнений относительно, находят по зависимости реактивные давления p(). А раз распределение и значения реактивных давлений известны, находят значения my и Qy путем суммирования всех моментов и всех сил с одной стороны искомого сечения.

Реактивные давления py, поперечные силы Qy и изгибающие моменты my по М. И. Горбунову-Посадову определяют с помощью таблиц. При вычислении принят полином десятой степени, сечения рассматриваются на расстоянии 0,1 от полупролета для различных значений гибкостей полосы.

(Гибкие фундаменты обладают способностью изгибаться в одном или обоих направлениях подошвы. Реактивные дав­ле­ния по подошве определяются, исходя из совместной работы фун­да­мен­та и основания и, зависят как от прогиба фундамента (рис.6 б), так и степени развития пластических деформаций на краях фундамента.а- жесткие фундаменты; б - гибкие фундаменты

К гибким фундаментам относятся все ленточные железобетонные фундаменты, фундаменты из монолитного железобетона под отдельные опоры или группы опор (рис. 7 а), фундаменты из перекрестных лент (рис. 5 б), коробчатые плиты (если необходимо воспринять очень большие изгибающие моменты, возникающие в сплошных плитах, например у фундаментов высотных зданий) (рис. 7 в), круглые (рис. 7 г) или кольцевые (рис. 7 д) в плане плиты, сплошные железобетонные плиты под колонны

Песчаные и грунтовые сваи

Песчаные сваи применяют для уплотнения сильно сжимаемых пылевато-глинистых грунтов, рыхлых песков и заторфованных грунтов на глубину до 18...20 м.

Песчаные сваи изготовляют следующим образом. В грунт с помощью вибратора или свайного молота погружается пустотелая металлическая труба диаметром 300...400 мм с инвентарным самораскрывающимся наконечником, (рис.1,а). После погружения трубы в неё засыпается песок на высоту З...4 м. После этого включают вибратор и трубу начинают поднимать. При этом наконечник раскрывается, труба поднимается на высоту 2...3 м и в скважине остаётся столб песка (рис.1,б). Трубу следует поднимать так, чтобы после подъёма в ней оставался слой песка толщиной не менее I м. Указанные операции повторяются до полного извлечения трубы, после чего в оснований остаётся столб уплотнённого песчаного грунта (песчаная свая). Вокруг песчаной сваи грунт также находится в уплотнённом состоянии (рис.1,в).

Уплотнение грунта песчаными сваями обычно производится под всем сооружением, Сваи располагаются в шахматном порядке

Фундамент, расположенный на основании, уплотнённом песчаными сваями, следует рассматривать как фундамент на естественном основании с учётом физико-механических характеристик уплотнённого грунта.

 

№ 18 ЕМТИХАН БИЛЕТІ/ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ

1. Поверхностное и глубинное уплотнение грунтов

 

Уплотнение грунтов производится укаткой, трамбованием, вибрацией, виброударами, взрывами, статической нагрузкой от собственного веса грунта, а также от дополнительной пригрузки

При укатке на грунт передается наклонное давление, складывающееся из вертикального от собственного веса механизма и горизонтального, возникающего за счет тягового усилия. Наиболее эффективным для уплотнения грунта является наклонное давление, создаваемое перекатыванием колеса или барабана.

Трамбование грунта связано с ударами рабочего органа — трамбовки, поднятой на некоторую высоту, о грунт [9]. Уплотнение грунта происходит под воздействием передающейся на него ударной энергии и сопровождается перемещением частиц грунта в вертикальном и горизонтальном направлениях. При этом только часть ударной энергии расходуется на уплотнение, а остальная поглощается грунтом за счет его упругого сжатия.

При уплотнении вибрацией и виброударами на грунт передаются колебательные и ударные воздействия от рабочего органа в результате чего происходит более плотная укладка грунта и его уплотнение. Вибрационные и виброударные воздействия различаются между собой по частоте и амплитуде колебаний. С уменьшением частоты и увеличением амплитуды колебаний вибрационные воздействия переходят в виброударные, а машины соответственно называют вибрационными и виброударными.

При взрывах грунты уплотняются под воздействием энергии ударной волны и колебаний грунта, возникающих при взрыве взрывчатого вещества. При этом лишь небольшая часть энергии взрыва расходуется на уплотнение грунта, остальная часть идет на его разуплотнение, упругое сжатие и т.п.

Методы уплотнения грунтов подразделяются на поверхностные, когда уплотняющее воздействие прикладывается с поверхности грунта, и глубинные — при передаче уплотняющего воздействия по всей или по определенной глубине массива грунта.

К поверхностным методам относятся уплотнение грунтов укаткой, тяжелыми трамбовками, трамбующими машинами, виброкатками, виброплитами и вибротрамбовками, подводными взрывами, а также вытрамбовывание котлованов; к глубинным методам — пробивкой скважин (грунтовыми сваями), глубинными вибраторами, глубинными взрывами, статическими нагрузками от собственного веса, а также от дополнительной пригрузки, в том числе с песчаными, бумажно-пластиковыми и другими дренами.

В процессе уплотнения укаткой, трамбованием, вибрацией, виброударами и взрывами уплотняющие воздействия на грунты передаются по определенным циклам, в результате чего на грунт воздействуют циклические нагрузки, характеризующиеся последовательной сменой процессов нагрузки и разгрузки [9]. В соответствии с этим в уплотняемом грунте происходят обратимые (упругие) и необратимые (остаточные) деформации, последние и обеспечивают повышение степени плотности грунтов. При уплотнении грунтов статической нагрузкой от их собственного веса, а также от дополнительной пригрузки происходят в основном необратимые деформации.

При любом режиме уплотнения для каждого вида грунта и уплотняющего воздействия процесс накопления остаточных деформаций и, следовательно, повышение степени плотности грунта могут происходить только до определенного предела после передачи на него определенной работы. Дальнейшее увеличение работы без изменения режима уплотнения сопровождается в основном обратимыми деформациями и не приводит практически к повышению степени плотности грунта

2 Грунты с неустойчивыми структурными связями

Среди грунтов, на которых возводятся сооружения, есть несколько характерных типов особенных образований. Строительство на таких грунтах сопряжено со специальными мероприятиями, несоблюдение которых часто приводит к авариям. К таким грунтам обычно относят мерзлые, вечномерзлые, лёссовые, набухающие, слабые водонасыщенные глинистые, засоленные, насыпные грунты, торфы и заторфованные грунты.

Этим грунтам свойственна общая особенность – способность к резкому снижению прочности структурных связей между частицами при некоторых обычных для строительства и эксплуатации сооружений воздействиях: при нагревании – для одних, увлажнении – для других, быстром нагружении или вибрационном воздействии – для третьих типов грунтов. Это, в свою очередь, приводит также к резкому уменьшению прочности и несущей способности оснований, развитию недопустимых для сооружения деформаций
3 Фундаменты глубокого заложения: опускные колодцы

Опускной колодец представляет собой открытую сверху и снизу железобетонную (реже стальную и бетонную) конструкцию (рис. 9.1), стены которой в нижней части имеют заострения (консоли), обычно усиленные металлом (ножи). Опускные колодцы погружаются в грунт под действием собственного веса по мере разработки и удаления грунта, расположенного в полости колодца и ниже его ножа.

Рис. 9.1. Опускной колодец а — погружение колодца.; б — фундамент в виде опускного колодца; 1 — консоли; 2 — стенки колодца; 3 — надфундаментная часть опоры; 4 — железобетонная плита; 5 — бетон, уложенный насухо; 6 — подводный бетон; 7 — прочный грунт; 8 — слабый грунт
Стены колодцев либо сооружают сразу на полную высоту, либо наращивают по мере погружения колодцев в грунт (рис. 9.1,а).
Погружение опускных колодцев в грунт производят с откачкой или без откачки воды из их полости.
После достижения опускным колодцем проектной глубины заложения фундамента полость колодца целиком (рис. 9.1,6) или частично заполняют бетонной смесью сначала подводным способом, а затем насухо. В верхней части колодца сооружают распределительную железобетонную плиту, на которой впоследствии ведут кладку надфундаментной части опоры; в некоторых случаях такую плиту не делают.
Опускные колодцы применяют в случаях расположения грунтов с достаточной несущей способностью на больших (более 5—8 м) глубинах, когда сооружение фундаментов в открытых котлованах из-за сложности крепления их стен экономически нецелесообразно или технически неосуществимо. Так как в подобных случаях кроме опускных колодцев можно применять фундаменты из свай или оболочек, выбор типа фундамента производят на основе технико-экономического сравнения вариантов. Достоинством фундаментов из опускных колодцев является возможность их погружения без использования сложного технологического оборудования. Недостатками их являются большой объем кладки и значительные трудности, возникающие при встрече колодцев в водонасыщенных грунтах с препятствиями в виде крупных валунов, скальных прослоек, топляков и т. п. Устранение таких препятствий возможно лишь после откачки воды из колодцев, что при водонасыщенных грунтах не всегда удается сделать. Трудности, связанные с необходимостью осушения колодца, возникают и при посадке его на скальный грунт, поверхность которого не бывает строго горизонтальной и нуждается в планировке для возможности опирания на него колодца по всему периметру

 

№ 19 ЕМТИХАН БИЛЕТІ/ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ

1. Закрепление грунтов: цементация и силикатизация

Закрепление грунтов заключается в усилении связей между их частицами способами цементации, битумизации, силикатизации, смолизации, воздействием электрического тока, обжигом и т. д. на глубину до 15 м.
Для повышения несущей способности грунтов в основании фундаментов, а также для прекращения или уменьшения фильтрации воды под гидротехническими напорными сооружениями применяют цементацию. Сущность этого способа заключается в нагнетании в поры укрепляемого грунта цементного раствора, при отвердевании которого значительно увеличивается прочность и водонепроницаемость основания.
Способ цементации применим для закрепления грунтов, размеры пор которых обеспечивают свободное проникание частиц цемента. Наибольший эффект получается при цементации крупнообломочных грунтов, крупных и средней крупности песков с коэффициентом фильтрации от 80 до 200 м/сут. Цементация трудноосуществима в мелких песках и совсем непригодна для укрепления илистых, супесчаных, суглинистых и глинистых грунтов. Трещиноватые скальные грунты можно цементировать только при ширине трещин в них более 0,1 мм.
Для цементации применяют цементные или цементно-песчаные растворы состава от 1:1 до 1:3. Раствор нагнетают под давлением 0,3—1 МПа растворонасосами или пневмонагнетателями через предварительно заглубленные трубки-инъекторы диаметром 33—60 мм, имеющие в нижней части отверстия диаметром 4—6 мм. Радиус действия инъекторов ориентировочно принимают для трещиноватых скальных грунтов 1,2—1,5 м, для крупнообломочных грунтов 0,75—1 м, для крупных песков 0,5—0,75 м, для песков средней крупности 0,3—0,5 м.
Расход раствора составляет 20—40% объема закрепляемого грунта. Упрочнение грунта наступает после схватывания цемента. Закрепленный песчаный грунт вблизи инъектора на 28-е сут имеет предел прочности на сжатие 2—3 МПа. С изменением радиуса закрепления от 0,4 до 1,2 м предел прочности на сжатие зацементированного песка в крайних слоях меняется от 2 до 0,9 МПа.
Закрепление грунтов битумом называют битумизацией. Ее применяют для укрепления песков и сильно трещиноватых скальных грунтов. Битумизацию производят нагнетанием в грунт расплавленного битума или холодной битумной эмульсии. Первый способ применим для закрепления сильно трещиноватых скальных грунтов, так как грунт с мелкими порами почти непроницаем для вязкого битума. Разогретый до 200—220 °С битум нагнетают в грунт инъектором под давлением 2,5—3 МПа. Холодная битумная эмульсия по сравнению с разогретым битумом обладает большей способностью к прониканию в грунт, что позволяет использовать ее для закрепления песков. Для этого приготовляют битумную эмульсию, состоящую из 60% битума, расщепленного в воде с помощью эмульгатора на мельчайшие взвешенные частицы, и 40% воды. Полученную эмульсию нагнетают в грунт. Заполняя поры, битумная эмульсия связывает и закрепляет грунт.
Так как суспензия из взвешенных в воде частиц цемента не может проникнуть в грунты с мелкими порами, для закрепления таких грунтов применяют силикатизацию. Известны два способа силикатизации грунтов—двухрастворный и однорастворный.
Сущность двухрастворной силикатизации заключается в образовании связывающего частицы грунта вещества—геля кремниевой кислоты—в результате реакции между растворами силиката натрия (жидкого стекла) и хлористого кальция. Эта реакция подобна процессу образования песчаников в природных условиях, но происходит значительно быстрее. Наиболее интенсивно реакция протекает в течение первых двух часов нагнетания раствора в грунт, а затем замедляется. Через 10 сут прочность закрепленного грунта достигает 70—80% той, которая бывает после завершения процесса—примерно через 90 сут. Двухрастворную силикатизацию применяют для укрепления крупных и средней крупности песков с коэффициентом фильтрации от 2 до 80 м/сут. Радиус закрепления таких песков в зависимости от значения коэффициента фильтрации изменяется от 0,3 до 1 м, а предел прочности закрепленных грунтов на сжатие через 28 сут составляет 1,5—5 МПа.
Однорастворную силикатизацию используют для закрепления мелких песков и плывунов с коэффициентом фильтрации 0,3—5 м/сут. Радиус закрепления таких грунтов 0,3—1 м, а предел прочности на сжатие закрепленных грунтов 0,4—0,5 МПа. Для упрочнения грунтов используют один раствор, состоящий из жидкого стекла и фосфорной кислоты.

Закрепление грунтов: электрохимия и термическая обработка

Для глинистых грунтов, где нагнетание растворов невозможно, используется электрохимическийспособ закрепления, основанный на пропускании постоянного электрического тока через грунт, в которыйвводится раствор хлористого кальция, в результате чего грунт обезвоживается и уплотняется. Реакцииобмена, происходящие при этом в приэлектродной зоне, также способствуют уплотнению и закреплениюгрунта. Электрохимическое закрепление подразделяется на электроосушение, электроуплотнение иэлектрозакрепление.

Для упрочнения просадочных лёссовых грунтов применяется термическое закрепление,осуществляемое обжигом закрепляемых грунтов газообразными продуктами горения топлива, имеющимитемпературу 700—1000°С. Наиболее эффективным является сжигание топлива непосредственно в толщезакрепляемого грунта (рис.2). Стабилизация и закрепление неустойчивых водоносных грунтов достигаетсяискусственным замораживанием грунтов (См. Замораживание грунтов).

3 Прочность грунтов

1. Гранулометрический состав почвы – доля частиц разного размера, которые образуют данную почву (выражается в процентном отношении). Размер частиц у каждой породы свой: у глинистых пород – миллиметры, у крупнообломочных пород – сотни и десятки сантиметров.

2. Объемная масса – это величина массы земли, объем которой 1 куб. см. Важным условием является то, что масса должна определяться, при естественной влажности и пористости земли.

3. Объемная масса является одной из главных характеристик, которая определяет прочность грунтов. Она зависит от влажности и пористости земных пород. Также рассчитывается объемная масса твердой фазы, то есть масса единица земли, но без массы воды.

4. Естественная влажность – количество воды в почве при естественных условиях. Влажность сильно варьируется в зависимости от исследуемой породы. Величина влажности может сделать одну и ту же породу разной прочности. От естественной влажности напрямую зависит устойчивость основания.

5. Пористость грунтов. Если рассмотреть эту характеристику со стороны физики, то ее можно определить как отношение объема пор почвы ко всему его объему, соответственно, пористость выражается в процентах. Пористость является основной характеристикой плотности основания, от которой напрямую зависят прочностные характеристики.

6. Пластичность грунтов – тоже важный фактор при определении прочностных характеристик грунта. Пластичность является показателем того, какую нагрузку почва может выдержать без разрыва сплошности. Также пластичность означает сохранение полученной формы после оказания на почву внешнего воздействия. Пластичность зависит от влажности и состава земли.

7. Клейкость или липкость грунтов – способность почвы при определенном количестве воды в нем прилипать к инструментам и строениям.

8. Набухание и усадка почвы. Если в грунте увеличить содержание воды, то он увеличится в объеме – это набухание, а если уменьшить, то его объем станет меньше – это усадка.

 

Пожалуй, это самые необходимые характеристики прочности грунтов. При строительстве нужно учитывать каждый фактор по отдельности и их совокупность. Если один показатель в норме, это совсем не означает, что другой тоже будет соответствовать строительным стандартам. Перед началом строительства обязательно должен быть проведен комплекс геолого-геодезических работ. После разведочных работ вы получаете геолого-геодезическое заключение, на основании которого можно осуществлять расчетные работы.

Инженерно-геологические изыскания дают вам комплексную картину и характеристики района или необходимого вам участка под строительство. Данные изыскания – трудоемкий процесс, который требует много времени и конкретную информацию. Основная задача изыскания – определение геологического разреза, уровня вод и отбор почвы.

№ 2 ЕМТИХАН БИЛЕТІ/ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ

1. Состав грунтов

Грунты состоят из: твердых частиц; воды в различных видах и состояниях (в том числе льда при нулевой или отрицательной температуре грунта); газов (в том числе и воздуха).

Вода и газы находятся в порах между твердыми частицами (минеральными и органическими). Вода может содержать растворенные в ней газы, а газы могут содержать пары воды.

От соотношения этих фаз и зависят характеристики грунтов. Структура, текстура и структурные связи грунта. Следует различать структуру грунта, т. е. взаимное расположение частиц грунта и характер связи между ними и текстуру грунта, т. е. сложение грунта в массиве.

Под структурой грунта понимается размер, форма и количественное (процентное) соотношение слагающих грунт частиц.

Под текстурой грунта понимается пространственное расположение элементов грунта с разными составом и свойствами. Текстура характеризует неоднородность строения грунта в пласте залегания.

Свойства твердых частиц.

Для твердых частиц главное значение имеют минеральный и гранулометрический составы.

Твердая минеральная масса состоит из первичных зерен скелета грунта (обломков горных пород и минералов) и вторичных частиц, служащих цементирующим веществом грунта. Свойства твердых (минеральных) частиц зависят от размеров (крупности).

Диапазон изменения крупности частиц грунтов значительный. Частицы, близкие по крупности, объединяют в определенные группы, называемые гранулометрическими фракциями (или просто фракциями). Грунты состоят из фракций разной крупности. Процентное содержание в грунте по массе фракции определяет зерновой (гранулометрический) состав грунта.