Поверхностное уплотнение грунтов

Поверхностное уплотнение применяется в целях:

- увеличения плотности грунта;

- обеспечения равномерной осадки зданий;

- уменьшения водопроницаемости глинистых грунтов в основании сооружений.

Поверхностное уплотнение свежеотсыпанных дисперсных грунтов или в естественном их залегании, может быть достигнуто различными способами (рис. 9.4).

 

 

Рис. 9.4 Способы поверхностного уплотнения грунтов и типы используемого оборудования

 

Взаимосвязь между способом уплотнения (уплотняющим оборудованием) и глубиной уплотнения грунта представлена в таблице 9.2.

 

 

Толщина уплотняемого слоя грунта Таблица 9.2

Используемое оборудование	Толщина уплотняемого слоя, м
Пневматические трамбовки	0,1-0,2
Катки гладкие	0,1-0,25
Катки кулачковые	0,2-0,35
Пневмокатки	0,5-0,7
Виброплиты	0,3-0,8
Виброкатки	0,7-1,0
Катки с падающим грузом (8-17 кН)	1,2-1,4
Тяжелые трамбовки (20-30 кН)	1,5-2,0
Тяжелые трамбовки (45-50 кН)	2,5-3,0
Тяжелые трамбовки (100 кН)	5,5-6,0

Уплотнение грунтов укаткой может применяться для всех видов несвязных и связных грунтов при большом фронте работ, обеспечивающем достаточную маневренность механизмов. Эффективность уплотнения грунтов укаткой зависит, в основном, от их вида, влажности и типа применяемых механизмов. В зависимости от требуемой мощности уплотняемого слоя укатку можно производить тяжелыми гладкими, кулачковыми или пневматическими катками. В зависимости от числа проходок и веса катка грунт уплотняется на глубину до 50-70 см. Лучше всего уплотняются крупнообломочные грунты, а также песчаные и пылевато-глинистые грунты при их оптимальной влажности.

Вибрационное уплотнение особенно эффективнодля несвязных разнозернистых грунтов. При уплотнении вибрацией и виброударами на грунт передаются колебательные и ударные воздействия, в результате чего происходит более плотная укладка грунта. Для уплотнения небольших объёмов песчаного или рыхлого насыпного глинистого грунта слоями толщиной 10-15 см применяют легкие механические трамбовки и площадные вибраторы. Виброкатки и передвижные виброплиты обеспечивают глубину уплотнения до 1 м. Связные грунты к вибрации слабочувствительны.

Уплотнение тяжелыми трамбовками. Способ поверхностного уплотнения тяжёлыми (массой 2,5-10 т) падающими трамбовками, сбрасываемыми кранами-экскаваторами с высоты 3,5-10 м может применяться для уплотнения всех видов дисперсных неводонасыщенных грунтов в их природном залегании, а также вновь отсыпаемых грунтов. Однако наиболее часто он применяется для ликвидации просадочных свойств лёссовых грунтов. Мощность уплотняемого слоя зависит от диаметра, веса и высоты сбрасывания трамбовки, о также плотности, влажности и структурной прочности уплотняемых грунтов и может составлять от 2 до 8 м. В пределах большей части уплотненного слоя просадочные свойства полностью ликвидируются, а в остальной его части значительно уменьшаются.

Режим и эффективность трамбования грунтов устанавливается экспериментально, путём опытного их уплотнения при различной влажности. По результатам опытного уплотнения строятся графики зависимости понижения уплотняемой поверхности от числа ударов. По графикам назначается количество ударов трамбовкой по одному месту, необходимых для достижения расчётного “отказа”. Отказ соответствует такому количеству ударов, после которого осадка уплотняемой поверхности от каждого последующего удара происходит на одну и ту же величину. Уплотнение обычно признается целесообразным, если понижение трамбуемой поверхности превышает 5 см для песчаных и 8 см для глинистых грунтов. В зависимости от коэффициента пористости грунта в природном состоянии и глубины уплотнения величина понижения трамбуемой поверхности может достигать 40-60 см.

Грунты при уплотнении должны иметь оптимальную влажность (близкую к пределу раскатывания). При меньшей влажности грунтов котлован перед трамбованием замачивают. Уплотнение начинают не ранее чем через 12 часов после полного поглощения воды грунтом. По окончании работ верхний разрыхленный слой грунта доуплотняется легкими ударами трамбовки при сбрасывании ее с высоты 0,5-1 м. Уплотняемый слой должен выходить за наружные грани фундамента не менее чем на 0,3 м.

Фундаменты на грунтах, уплотненных тяжёлыми трамбовками, рассчитывают как на двухслойном основании. Прочностные и деформационные характеристики уплотнённого слоя определяются по результатам испытаний.

Достоинствами поверхностного уплотнения грунтов природного сложения с помощью тяжёлых трамбовок являются возможность уплотнять любые (связные или несвязные) грунты, а также фактически нулевая материалоемкость. К недостаткам традиционно относятся низкая производительность труда, высокая степень изнашивания тросов и лебёдок, значительные динамические воздействия на существующие здания и сооружения.

Вытрамбовывание котлованов под фундаменты производится уплотнением грунта путём сбрасывания с высоты 4-8 м трамбовки весом 15-100 кН, имеющей форму будущего фундамента. Для обеспечения многократного сбрасывания в одно и то же место используемые краны или экскаваторы снабжаются направляющими стойками. В результате в основании котлована образуется уплотненная зона с плотностью грунта ρ_d = 16÷19,5 кН/м³. После вытрамбовывания в котлован заливается враспор монолитный бетон (без опалубки) или устанавливается сборный бетонный блок, имеющий те же форму и размеры, что и трамбовка, с последующей его добивкой до проектного положения.

Вытрамбовывание котлованов под фундаменты может применяться почти во всех грунтах независимо от их коэффициента водонасыщения. Обычно используются трамбовки с плоской или заострённой подошвой, имеющие в плане форму квадрата, прямоугольника или шестиугольника. Котлованы вытрамбовываются под отдельно стоящие ленточные прерывистые (устраиваемые в близко расположенных один от другого котлованах) и ленточные сплошные (выполненные с перекрытием следов трамбовки) фундаменты.

Часто применяются фундаменты с уширенным основанием, получаемым путём втрамбовывания отдельными порциями в дно подготовленного котлована жёсткого материала (щебня, гравия, песчано-гравийной смеси и т.д.). Втрамбовывание жёсткого материала продолжается до тех пор, пока не будет погружен проектный объём материала. Технология изготовления таких фундаментов приведена на рис. 9.5.

 

Рис. 9.5 Технологическая схема устройства фундаментов с уширенным

основанием

а - вытрамбовывание котлована, б – засыпка в котлован жёсткого материала,

в- втрамбовка жёсткого материала, г – бетонирование фундамента.

1 - трамбовка, 2 - каретка, 3 - направляющая штанга, 4 - котлован, 5 - бункер с жестким материалом, 6 - жесткий материал, 7 - втрамбованный в грунт жесткий материал, 8 - бетон фундамента.

 

При расчётах фундаментов в вытрамбовыванных котлованах по деформациям используется меньшее из двух расчётных сопротивлений - уплотненного грунта и грунта естественного сложения, подстилающего уплотненную зону.

Эффективность вытрамбовывания котлованов определяется в основном теми же факторами, что и эффективность уплотнения грунтов тяжёлыми трамбовками. Следует иметь в виду, что глинистые водонасыщенные грунты плохо поддаются уплотнению, кроме того, фундаменты, устроенные в таких грунтах, могут быть подвержены морозному пучению. Как и при уплотнении грунтов тяжёлыми трамбовками при вытрамбовывании котлованов могут возникать значительные динамические воздействия на прилегающие здания, что надо учитывать при выборе метода подготовки основания.