Термічне закріплення грунтів

1. Для перевірки відповідності грунтових умов даними інженерно-технічних вишукувань і проекту в процесі буріння технологічних свердловин слід проводити відбір зразків закріплених грунтів і відповідні лабораторні визначення їх характеристик.

2. Початку робіт з випалювання грунтів у свердловинах повинно передувати випробування газопропускной здатності свердловин. При виявленні шарів з низькою газопроникністю слід вживати заходів з вирівнювання газопропускной здатності свердловини шляхом відсікання та продувки таких шарів або шляхом збільшення поверхні фільтрації частині свердловини.

3. У процесі випалу повинна підтримуватися максимальна температура газів, що не викликає оплавлення грунтів у стінах свердловини. Тиск і температура газів повинні реєструватися в журналі робіт.

4. Освіта масиву слід вважати закінченим, якщо встановлені у розрахунковому контурі термопари зафіксували досягнення заданої розрахункової температури, але не менше 350 град.С.

5. Якість термічного закріплення грунтів належить контролювати за результатами лабораторних випробувань на міцність, деформованість і водостійкість зразків закріплених грунтів, які відбирають з контрольних свердловин. При цьому враховуються зафіксовані в робочих журналах дані про температуру і тиск газів в свердловинах в процесі термообробки грунтів. При необхідності, яка визначається проектом, міцнісні і деформаційні характеристики закріплених грунтів визначаються польовими методами.

6. При виконанні робіт по закріпленню грунтів складу контрольованих показників, граничні відхилення, обсяг і методи контролю повинні відповідати вимогам, наведеним у таблиці.

Коротко:

Термічне закріплення полягає у випаленні лесових ґрунтів розжареними газами, що нагнітаються через свердловини в їх пори. Гази подаються в товщу ґрунту разом з повітрям через жароміцні труби в пробурених свердловинах.

13. Ущільнення грунтів, штучне перетворення властивостей грунтів в будівельних цілях без корінної зміни їх физико-хімічного стану; є процесом взаємного переміщення часток грунту, в результаті якого збільшується число контактів між ними в одиниці об'єму унаслідок їх перерозподілу і проникнення дрібних часток в проміжки між великими під дією механічних зусиль, що додаються до грунту. В. р. виробляється головним чином для забезпечення їх заданої щільності і, отже, зменшення величини і нерівномірності подальшій осідання підстав і земляних споруд. При В. р. підвищується їх міцність, зменшуються стисливість і фільтраційна здатність. При ущільненні водонасиченихгрунтів відбувається віджимання води з пір грунту. Міра В. р. оцінюється щільністю грунту, тобто об'ємною масою його скелета (висушеного грунту). Ущільненим називається (умовно) грунт, об'ємна маса скелета якого рівна не менше 1,6 т/м 3.

В. р. отримало поширення в гідротехнічному, автодорожньому і ж.-д.(железнодорожний) будівництві, при виконанні земляних робіт пов'язаних з вертикальним плануванням забудовуваних територій, при засипці котлованів і траншей після пристрою фундаментів, прокладки підземних комунікацій і т.п. Вельми ефективно В. р. при підготовці підстав під будівлі і споруди, що зводяться на неоднорідних (по стисливості) насипних, просадчиках і водонасиченихгрунтах.

Розрізняють поверхневе і глибинне В. р. При поверхневому В. р. застосовують катки дорожні, трамбуючі машини, віброплити і т.п. Глибинне В. р. виробляється за допомогою вертикальних піщаних дрен, паль, гидровіброуплотненієм і ін. способами. Поверхневе В. р. виробляють при оптимальній вологості грунту. Якщо природна вологість грунту менше оптимальною, його заздалегідь зволожують. Для контролю якості В. р. здійснюють статичне і динамічне зондування грунтів, а також відбір зразків грунту з ущільненого шару з метою дослідження його прочностних, деформаційних і фільтраційних властивостей. Див. також Закріплення грунтів.

Ущільнення грунту піщаними палями

ГЛУБИННОЕ УПЛОТНЕНИЕ ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТОВ

При большой толщине слоя просадочного грунта устройство грунтовых подушек или по­верхностное уплотнение не обеспечивает сох­ранности сооружений при замачивании осно­вания, так как вода может попадать в нижние слои, вследствие чего произойдет просадка. В этом случае следует устранять просадочные свойства грунтов в пределах всей толщи. Од­ним из методов, позволяющим устранить про­садочные свойства грунтов на большую глу­бину, является глубинное уплотнение.

Глубинное уплотнение грунтов осуществля­ется путем устройства скважин и заполнения их грунтом, уплотняемым послойно до необхо­димой плотности. Заполненные уплотненным грунтом скважины называются грунтовыми сваями. Длина их достигает 15 м.

Процесс глубинного уплотнения состоит из следующих основных работ:

а) подготовка основания до уплотнения;

б) изготовление скважин;

в) заполнение скважин грунтом и его уп­
лотнение.

Подготовка основания заключается глав­ным образом в повышении влажности грунта до оптимальной.

Просадочные грунты в природном залега­нии имеют, как правило, небольшую влаж­ность, поэтому их предварительно увлажняют; Это увлажнение не ухудшает качества основания, так как избыточная, сверх природной, во­да рассасывается, и, спустя некоторое время, распределение влажности в грунте становится практически равномерным.

Примерно на каждые 2 м² площади уплотняе­ мого основания устраивается одна скважина. Скважины рекомендуется размещать так, что­ бы в дальнейшем в месте их расположения из­ готавливалась грунтовая свая.

Скважины устраиваются бурением, про­бивкой молотом или вибропогружателем. Во избежание затирания стенок глинистыми частицами и образования водонепроницаемых стенок скважины следует устраивать насухо. Для предохранения стенок от оплывания при

замачивании скважины должны быть запол­нены дренирующим материалом (песком, гра­вием, щебнем и т. п.). Замачивание осущест­вляется, как и в первом случае, через дрени­рующий поверхностный слой путем заливки водой дна котлована.

Количество потребной для замачивания во­ды устанавливается в зависимости от началь­ной влажности грунта, которая определяется путем контрольного бурения и отбора образ­цов грунта через 1 м по глубине. Число конт­рольных скважин принимается из расчета од­ной на 300 м² основания.)

Примерно по прошествии полутора суток после полного впитывания воды грунтом про­изводят контрольное бурение и определяют влажность. Если она окажется близкой к оп-тимальной, установленной проектом, то при-(ступают к устройству грунтовых свай. У Скважины для грунтовых свай можно делать двумя способами: при помощи сердечников и взрывным способом.

Поэтому рациональней устраивать скважи­ны при помощи сердечника из цельнотянутой стальной трубы

Количество одновременно засыпаемого в /скважину грунта назначается из расчета, что-(бы после его уплотнения образовался участок 'готовой сваи высотой примерно 50 см. В сред­нем при диаметре скважины, равном 40 см, вес одной засыпки грунта оптимальной влаж­ности составляет 100—120 кг. /^ Уплотнение засыпанного в скважину грун­та производится при помощи конической сво­бодно сбрасываемой трамбовки весом 350— 400 кг. Подъем трамбовки производят копра­ми, оборудованными фрикционными лебедка­ми грузоподъемностью 0,75—1,5 т.

Уплотнение грунта производят трамбовкой, падающей с высоты 2,5—3 м. После достижения необходимой плотности грунта засыпают вторую порцию, и процесс вновь повторяется. Число необходимых ударов трам­бовки для уплотнения засыпаемого грунта.

Ориентировочно эта величина принимается равной 10__удадам. За­сыпку и уплотнение производят без перерыва до устройства всей грунтовой сваи до отмет­ки, превышающей отметку подошвы фунда­мента на 0,2—0,3 м.

РОЗДІЛ 11

1. Погружение свай в слабые грунты

Слабыми называют сильносжимаемые грунты с незначительной несущей способностью, на которых возводить здания и сооружения без принятия специальных мер затруднительно. Слабые глинистые грунты характеризуются почти полной водонасыщенностью, значительным коэффициентом пористости, большой и неравномерной сжимаемостью. Модуль общей деформации их Ео менее 300—500 кгс/см2.

К слабым грунтам относят илы, торф, заторфованные грунты, глины и суглинки текучепластичной консистенции, супеси с коэффициентом пористости более 0,7. В отличие от других строительных материалов слабые глинистые грунты могут упрочняться под напряжением.

Для районов залегания слабых грунтов основным типом фундаментов является свайный. СНиП П-17—77 и другие нормативные документы рекомендуют обязательно прорезать сваями толщу слабых сильносжимаемых грунтов и опирать острия на толщу несущих слоев.

Наличие слабых грунтов в зоне сооружения свайных фундаментов вызывает негативное (отрицательное) трение, которое нужно учитывать при определении несущей способности сваи. Негативными называют силы, возникающие на боковой поверхности сваи при осадке околосвайного грунта и направленные вертикально вниз.

Негативные силы возникают под влиянием дополнительных нагрузок, вызывающих сжимаемость прослойки слабых грунтов. Такие явления наблюдаются в грунтах II типа просадочности, а также в свежих насыпях высотой более 1,5—2 м, уложенных на толщу слабых грунтов. В этих случаях величину расчетных сопротивлений по боковой поверхности грунтов, расположенных выше низшей отметки прослойки слабых грунтов, принимают со знаком минус.

Из-за необходимости прорезки сваями толщи слабых грунтов в строительстве широко используются железобетонные сваи дли-

ной от 12 до 40 м, для погружения которых применяют копровые агрегаты большой грузоподъемности и сваепогружающие механизмы с повышенной энергией удара.

Для исключения деформаций в таких длинномерных сваях, возникающих при перевозке и подъеме на копер перед погружением, их изготовляют сечением 35x35, 40X40 и 45x45 см с соответствующим увеличением расхода металла на армирование.

Длинномерные сваи, прорезающие слабые грунты, не увеличивают расчетные нагрузки, поэтому изменение сечения и массы сваи с соответствующим расходом металла приводит к удорожанию объекта и удлиняет сроки строительства.

Составные сваи. С целью снижения объемов и стоимость работ по сооружению свайных фундаментов на слабых грунтах с 1964 г. начали применять составные сваи сечением 30X30 и 35Х Х35 см и трубчатые. Составные сваи изготовляют длиной элемента до 12 м. Для их погружения можно применять самоходные копровые агрегаты, а для забивки их — распространенные типы молотов.

В практике строительства применяют различные типы стыков секций свай. Сварной стык сваи, разработанный Ленпроектом (рис, 6,5), применяется также в Москве. В стыкуемых.торцах предусмотрены металлические рамки из угловой стали, которые сваривают между собой вертикальными накладками или по периметру.

Болтовое соединение свай, разработанное НИИОСПом, широко применяют для стыковки сваи сечением 30X30 см и длиной до 35 м в Латвийской ССР и других районах Прибалтики.

В Мурманске для стыкования свай применяют соединение стаканного типа. В верхнем торце нижнего звена сваи из стальной трубы имеется стакан, на который для погружения устанавливают торец верхнего звена, выполненный из бетона с рифленой поверхностью. При ударах молота по свае рифленый бетон заполняет полость стакана до упора в торец нижнего звена, после чего продолжается погружение составной сваи.

В Москве, а также в Кемеровской области и других районах Сибири применяют способ цангового соединения свай (6.6), разработанный Главмоспромстройматериалами и Главмосстроем. В торцах такой сваи имеются круглые полости диаметром 10 см. После погружения нижнего звена в полость сваи устанавливают соединительный элемент цангового типа из стальной трубы с деревянными пробками.

Во время погружения составной сваи деревянные пробки забивают в трубу, и они расклинивают цанговый зажим.

НИИЖБом разработана конструкция стыка составной сваи с использованием высокопрочных клеев на основе полиэфирных полимеров. Элементы свай соединяют с помощью штырей из стержневой стали, которые заделывают в полости, образованной в нижнем звене составной сваи.

Массовое строительство фундаментов на составных сваях под сооружения различного назначения на расчетные нагрузки от 30 до 100 т в Москве, Ленинграде, Риге, Таллине, Калининграде, Новокузнецке и в других городах показало их надежность и экономическую эффективность.

Свойство слабых глинистых грунтов упрочняться при уплотнении целесообразно правильно использовать. Зачастую геологические организации, не выполнив полного комплекса исследований слабых грунтов, занижают их прочностные характеристики, что не позволяет еще на стадии проектирования более эффективно использовать несущую способность этих грунтов. Так, при строительстве зданий и сооружений на заторфованных грунтах принятие технического решения зависит от четкой классификации их. Необходимо помнить, что открытые торфы характеризуются большой сжимаемостью и быстрой минерализацией (сшиванием) при дос-ступе воздуха, потому.они непригодны в качестве оснований под сооружения. Погребенные же торфы, перекрытые толщей минеральных грунтов мощностью в несколько метров, обычно залегающие ниже уровня грунтовых вод, при тщательном исследовании и принятии мер сохранности их естественного состояния можно использовать в качестве несущих грунтов. Для решения вопроса о более целесообразном использовании слабых грунтов необходимо провести натурные испытания и полевые исследовательские работы с участием строительных и проектных организаций. В практике. строительства известны случаи, когда переоценка несущей способности слабых грунтов приводит к аварийным ситуациям. Слабые грунты до сих пор изучены не полностью, и поэтому невозможно дать однозначные рекомендации по их целесообразному использованию: следует грамотно экспериментировать и накапливать отчетные материалы.

2. Погружение свай в просадочные грунты

Такие грунты, как известно, после замачивания теряют прочностные свойства и проседают от влияния внешней нагрузки или даже от нагрузки собственной массы грунта.

Лёссы и лёссовидные грунты, обладающие просадочными свойствами, имеют макропористое строение. Просадочные явления в этих грунтах могут проявляться в результате местного замачивания площадей, в особенности при замачивании всей просадочной толщи площадки, повышении уровня грунтовых вод, стока поверхностных вод в период освоения территории и от других причин.

Замоченные просадочные грунты теряют связные свойства и распадаются на пылевидные составляющие.

Просадочные грунты подразделяют на два типа. К грунтам I типа по просадочности относят грунты, у которых при замачивании происходит просадка под воздействием внешних нагрузок. В этих грунтах начиная с 5—7 м от поверхности земли пористость снижается, что позволяет устраивать на них фундаменты из коротких свай.

Такие грунты распространены в Краснодарском и Красноярском краях, Ростовской, Волгоградской, Горьковской, Рязанской, Пермской, Новосибирской областях, в Забайкалье, на значительной части Украины, в Средней Азии, на Кавказе.

Просадочные грунты II типа при замачивании могут проседать даже от собственной массы при большой толще слоя. Грунты этого типа менее распространены, чем грунты I типа.

Свайные фундаменты на просадочных грунтах устраивают в тех случаях, когда невозможно исключить замачивание этих грунтов. СНиП П-17—77 рекомендует прррезать сваями всю толщу просадочных грунтов.

На грунтах I типа просадочности допускается устраивать свайные фундаменты с заглублением нижних концов свай не менее чем на 1 м в слой грунта с относительной,просадочностыо 6пр<0,02 при величине природного давления в грунте от массы вышележащих слоев более 3 кг/см2 (0,3 МПа). В этих грунтах рекомендуется применять железобетонные полнотелые сваи прямоугольного сечения. Трубчатые сваи в грунтах II типа по просадочности необходимо заглублять в непросадочные слои грунта.

Для оценки несущей способности свай, острия которых остаются в толще просадочных грунтов I типа, необходимо проводить статические испытания их при полном замачивании просадочного грунта вокруг тела сваи до нижних концов ее. Радиус замачиваемого грунта должен быть не менее bd сваи (d — радиус круглой- или. большая сторона прямоугольной сваи).

Материалы статического зондирования грунта, выполненные на стадии изысканий, а также данные динамических испытаний не могут служить основанием для оценки несущей способности свай, и качества выполненных работ на стадии проектных проработок, а тем более для приемки свайного фундамента.

Проведение статических испытаний свай в грунтах П. типа по просадочности является обязательным.

Несущую способность сваи в просадочных грунтах II типа определяют с учетом возникающих при просадке направленных вниз вертикальных перемещений околосвайного грунта относительно ствола свай (негативное трение

В случае расчета несущей способности по формуле (6.1) величину mu'EfiU также нужно определять по результатам статических испытаний с замачиванием, как величину несущей способности на выдергивающую нагрузку сваи, размеры поперечного сечения которой равны размерам у проектируемой сваи, а длина ее равна /щ-Если возможно только местное аварийное замачивание части грунта в пределах длины сваи, то величину сопротивления проса-дочных грунтов по стволу сваи, полученной по показателям консистенции на основании приведенной выше формулы, следует умножить на коэффициент условий работы Отд—1,4.

Когда в период строительства и эксплуатации зданий исключается повышение уровня грунтовых вод или местное замачивание, величины R и f принимают по табл. 2.1 и 2.2 указанного СНиПа.

Испытание свай. Для замачивания грунта вокруг испытываемых свай открывают траншеи по периметру сваи или куста на расстоянии 1 м от них. Ширину траншей принимают по низу 0,5 м, глубину— 1__1;5 м. Дно траншей при испытании свай на вертикальную нагрузку засыпают слоем гравия в 8—Ш см, при испытании же на горизонтальную нагрузку —на всю глубину траншей.

Уровень воды в траншее в период испытаний должен быть постоянным и глубиной не менее 1 м. Например, расход воды при замачивании свай 7 м длиной в грунтах I типа просадочности перед проведением статических испытаний ориентировочно составляет 100 м3. В грунтах II типа для испытания свай длительно замачивают площадку размером 20X20 м до полного проявления просадоч-ных свойств всей просадочной толщи.

При статическом испытании свай, не полностью прорезающих толщу грунта, просадочную нагрузку доводят, до общей осадки 30 мм. Если острия свай опираются на малосжимаемые непроса-цочные грунты, испытания можно прекратить после достижения нагрузок, равных 1,5 Ф (Ф —несущая способность сваи).

Пирамидальные сваи. С 1965 г. строительные организации Одессы и Рязани начали строить фундаменты на пирамидальных сваях, погружаемых в просадочные грунты I типа.

 

Опыт применения таких свай показал, что в процессе их забивки уменьшается пористость просадочного грунта до 40% в радиусе

10 см от грани сваи и на 15—25% в радиусе до трех диаметров от ствола сваи. Удельные нагрузки, воспринимаемые пирамидальной сваей на единицу объема (м3), возрастают в 1,6—2,5 раза по сравнению с призматической сваей.

Наиболее эффективно применять пирамидальные сваи при забивке их в сравнительно однородные грунты. В Одессе применяют пирамидальные сваи с углом конусности до 15°, размером в голове 80X80 см и в острие 10X10 см при длине 1,5—3 м. В Рязани изготовляют сваи с углом конусности 1—2°, сечение в голове их 40X40 см, в острие 20X20 см, длина от 4 до 6 м. Погружают такие сваи оборудованием, применяемым для забивных свай.

При забивке пирамидальных свай грунты, окружающие ее боковую поверхность, весьма сильно уплотняются. При этом уменьшается их пористость, благодаря чему они теряют свои просадочные свойства. Нижележащие грунты, подвергающиеся замачиванию, не воспринимают нагрузок от пирамидальны^ свай, так как сваи заклинены в вышележащих слоях уплотненного грунта. К числу пирамидальных можно отнести и забивные блоки, широко применяемые в строительстве малоэтажных сельскохозяйственных сооружений.