Інженерно-геологічні вишукування.

Вступ.

Одним з головних завдань при проектуванні будівель та споруд є технічна та економічна доцільність влаштування основ та фундаментів з урахуванням специфічних природних умов району будівництва. Тому правильна оцінка інженерно-геологічних умов будівництва, властивості грунтів і основ і спільну роботу цих грунтів з деформуючими ся фундаментами і конструкціями будівлі залежить від правильного вибору основ і фундаментів та якості виконання робіт.

Зараз в Україні чітко простежується тенденція збільшення питомого обсягу будівництва в складних інженерно-геологічних умовах. З одного боку це викликано вимогами до збереження сільськогосподарських земель, а з другого – розвитком техногенних процесів (підтоплення територій, утворення насипних ґрунтів тощо). Перспективними з точки зору фундаментобудування у цих умовах слід вважати технології створення штучних основ за допомогою різних фізико-хімічних процесів.

До цих процесів належать прийоми, які полягають у нагнітанні в ґрунти розчину рідкого скла (силікату натрію), лужних розчинів, синтетичних смол, цементного розчину, бітумної емульсії тощо. Після тужавіння введеного матеріалу утворюються штучні основи, що мають значно кращі будівельні якості. Створене суцільне тіло за своїми властивостями нагадує скельний ґрунт, міцність котрого не тільки не зменшується з часом, а навіть зростає.

До якості проектування й улаштування основ та фундаментів сучасних будівель і споруд ставляться великі вимоги. Помилки, допущені при проектуванні і будівництві фундаментів, виявляються, головним чином, через роки після завершення будівництва, й усунення їх наслідків пов’язане з великими труднощами та затратами коштів. Найчастіше ці помилки призводять до нерівномірних і недопустимо великих деформацій основ, що супроводжуються порушенням міцності та стійкості надфундаментних конструкцій. Основні технічні вимоги до проектування й виготовлення основ та фундаментів викладені в будівельних нормах (ДБН) і виданих на їх основі посібниках та інструкціях.

Відповідно до світової статистики 80 % усіх порушень нормальних умов експлуатації будівель і споруд відбувається внаслідок недоліків та помилок при проектуванні, будівництві і експлуатації основ та фундаментів. Витрати на усу-нення цих негативних явищ можливо порівняти лише з початковою вартістю будівництва. Виходячи з наведених фактів можна стверджувати, що при вирішенні задач фундаментобудування необхідно шукати рішення між двома про-тиріччями: з однієї сторони основи і фундаменти повинні бути надійними, тобто, забезпечувати нормальні умови експлуатації будівель і споруд весь нормативний термін їх існування; а з другої – необхідно знижувати їх вартість і матеріаломісткість на основі сучасних теоретичних і технічних досягнень.

2. Ґрунтова основа та методи покращення її фізико‐механічних характеристик.

Інженерна геологія.

Інженерна геологія – додаток геології до інженерно-будівельної справи. Користуючись методами геології, вона вивчає напластування, властивості ґрунтів і явища, які відбуваються у межах району будівництва. При цьому застосовується геологічний метод досліджень, тобто, метод природно-історичного аналізу для якісної оцінки району. Вважають, що особливості інженерно-геологічних умов району є результатом довготривалої спільної дії внутрішніх і зовнішніх геологічних процесів. У ході будівництва виникають нові процеси, які називаються інженерно-геологічними. Вони проявляються у формі геологічних процесів, але зумовлені результатами інженерної діяльності людини. Для кількісної оцінки різних факторів у інженерній геології користуються експериментальним і розрахунково-теоретичним методами. Як наука інженерна геологія сформувалася у 18-19 ст. у період інтенсивного розвитку промисловості.

Кожна будівля чи споруда зводиться і експлуатується у певних природних умовах і безпосередньо пов’язана своїм фундаментом з верхнім шаром літосфери Землі. Гірські породи сприймають навантаження від будівель і споруд, при цьому їх називають ґрунтами. Від їх міцності і деформативності залежить забезпечення нормальних умов експлуатації житлових та цивільних будинків, промислових будівель, лінійних споруд тощо. На територіях де розташоване будівництво діють геологічні процеси (рух поверхневої і підземної води, землетруси тощо), які в свою чергу можуть порушити нормальні умови експлуатації об’єктів і навіть зруйнувати їх. Будівництво і подальша експлуатація будівель і споруд впливають на геологічні процеси, підсилюють їх, викликають до дії нові, так звані, техногенні процеси (підтоплення територій, осідання склепінь шахт і тунелів метро, зсуви тощо). Тобто, не тільки від конструктивних особливостей будівель і споруд залежать їх експлуатаційні якості. Велика доля у цьому плані належить забезпеченню надійної основи кожної будівлі і споруди.

Загальні положення.

Фундаментом називається підземна частина споруди, яка сприймає на-вантаження від наземної частини та передає його основі. Під поняттям основи мається на увазі товща ґрунтів, яка сприймає навантаження від фундаменту і розподіляє його в своєму обмеженому об’ємі. Іноді перед фундаментом ставиться ще одне завдання – забезпечити зменшення нерівномірності осідання до допустимих значень для даної конструкції. З цією ціллю навантаження від групи колон чи стін передають на один фундамент роблячи його стрічковим чи у вигляді суцільної плити. Такі фундаменти працюють на згин, частково вирівнюючи осадку.

Якщо основою служать ґрунти природного складу, то вони називаються природними основами.

Ґрунти, властивості яких поліпшені тим чи іншим способом, називаються штучними основами. Штучні основи займають проміжне положення між фундаментами і природними основами.

3.2. Класифікація фундаментів.

Фундаменти і штучні основи класифікують за різними ознаками: глибиною закладання, жорсткістю тіла фундаменту, видом застосованих матеріалів, формою в плані, технологічними особливостями виготовлен-ня тощо. Досвід проектування та спорудження різноманітних видів фундаментів і штучних основ показує, що визначальну роль при оцінюванні експлуатаційних якостей відіграє принцип їх улаштування. Так, для фундаментів, які виготовляються у відкритих котлованах, велике значення має спосіб ведення земляних робіт, існування водозниження, при занурюванні паль – вид навантажувача, наявність лідирування або підмивання, а при пробиванні свердловин – маса трамбівки, висота її падіння, спосіб закладання фундаменту у свердловині та ін. Указані особливості істотно впливають на реологічні властивості основ, визначаючи характер роботи системи “основа – споруда” в часі.

Виходячи з наведених міркувань, фундаменти та штучні основи класифікують за принципом їх виготовлення, який визначає конструкцію, особливості взаємодії з оточуючим ґрунтом і як наслідок цього за їх міцністю й деформативністю.

Класифікація має такі таксометричні одиниці, які виділяють за групами ознак: клас – за елементами частин будов і споруд; група – за принципом формування фундаменту в природному ґрунті; підгрупа – за способом подачі матеріалу фундаментів та штучних основ у ґрунт; тип – за особливостями застосованого обладнання для виготовлення фундаментів і основ; різновид – за конструктивними особливостями фундаментів та штучних основ.

Фундаменти пальові.

Загальні положення.

У 1899 р. під час будівництва Миколаївського костьолу в Києві інженер А. Е. Страус застосував уперше в Європі нову конструкцію фундаментів, які складалися з бетонних стовпів, розміщених у вертикальних свердловинах. Виготовлення цих фундаментів полягало в бурінні свердловин л.в обсадній трубі, нижня частина якої мала фрезу, і дальшому заповненні свердловин жорстким бетоном з одночасним витяганням обсадної труби. Цей процес супроводжувався постійним трамбуванням бетону, за рахунок чого після звільнення від оболонки він щільно заповнював свердловину. В шарах слабкого ґрунту діаметр палі збільшувався, і тому вона мала неправильну форму.

Такі вертикальні конструкції далі набули широкого розвитку в різних ґрунтових умовах. Так виникли набивні палі різних типів. Замість трамбування почали використовувати стиснуте повітря або тиск від нагнітання води.

За характером передачі тиску конструкції на основу розрізняють палі-стійки та висячі палі.

Палі-стійки прорізають всю товщину стиснутих грунтів і спираються на шар практично не стиснутго грунту. Вони передають тиск тільки через нижній кінець (п’яту) і працюють як стиснуті.

Висячі палі навколо всіх сторін і сторони нижнього кінця, стискаються грунтами.

Класифікація фундаментів.

В залежності від характеру розміщення паль в плані розрізняють наступні пальві фундаменти: поодинокі палі, стрічкові пальові фундаменти з розміщенням паль рядами, пальові кущі, суцільне пальове поле.

Поодинокі палі застосовуються під бдувлі, коли навантаження від колони будівлі чи стика панелей сприймає одна паля.

Стрічкові пальові фундаменти влаштовують під стінами будівель і іншими протяжними конструкціями.

Пальові кущі – це група паль, які розміщенні під окремими конструкціями. Мінімальне число паль в кущі – 3.

Суцільне пальове поле влаштовують під тяжкі будівлі, коли палі розташовуються по деякій сітці під всією конструкцією чи частини її.

Від залежності матеріала палі розрізняють на дерев’яні, металеві, залізобетонні та комбіновані. За виглядом перерізу бувають – квадратні, квадратно пустотілі, круглі пустотілі та ін.

За способои занурення в грунт розрізняють палі забивні, зануреними вібруванням, вдавлюванням і гвинчуванням. Для полегшення занурення паль в піщані і і гравійні грунти іноді застосовують підмив грунтів, а в пилувато-глинястих – електроосмос і буріння лідерних свердловин.

Забивні, задавлюванні палі.

Традиційний спосіб улаштування основ і фундаментів полягає у проходці котловану, спорудженні фундаментів і зворотному їх засипанні. Проте паралельно з цим способом із давніх-давен фундаменти влаштовують зануренням у ґрунт забивних паль. Об’єм земляних робіт при цьому значно скорочується або навіть повністю виключається. З розвитком будівельної техніки значно розширюється застосування фундаментів, що споруджуються без виймання ґрунту. Це передусім забивні палі й блоки різної форми поперечного перерізу і поздовжнього профілю. Їх типові представники: залізобетонні забивні призматичні, пірамідальні палі та блоки. Набивні палі виготовляють на місці в пробитих або виштампуваних свердловинах (ложах), витрамбуваних котлованах. Штучні основи споруджують шляхом поверхневого трамбування ґрунтів важкими трамбівками, глибинного віброущільнення, влаштування піщаних та ґрунтових паль, вибухом тощо.

Забивні палі з постійним перерізом стовбура. Найбільш поширені призматичні суцільні залізобетонні палі квадратного перерізу в плані. Такі палі рекомендується застосовувати при будь-яких стисливих ґрунтах, які підлягають прорізанню, за винятком насипів з уключенням залишків кам’яних, бетонних і залізобетонних конструкцій або ґрунтів природного складу з твердими включеннями, які часто зустрічаються. Ці палі можуть сприймати вертикальні вдавлюючі і висмикуючі навантаження, горизонтальну силу й згинальний момент. Армують такі палі поздовжньою та поперечною арматурою. Поз-довжня арматура може бути попередньо напруженою.

Нетипові вирішення залізобетонних суцільних паль, спрямовані на збільшення площі поперечного перерізу і поверхні стовбура при більш економному витрачанні матеріалів на їх виготовлення порівняно з палями квадратного перерізу. Поздовжня арматура таких паль може бути напруженою або ненапруженою, з поперечним чи без поперечного армування стовбура. Застосування забивних призматичних паль квадратного перерізу з круглою порожниною з попередньо напруженою поздовжньою і без поперечної арматури дозволяє зменшити витрати бетону до 20 % порівняно із суцільними призматичними палями. Забивні залізобетонні круглі палі діаметром від 400 до 800 мм та палі-оболонки (трубчасті) діаметром до 1600 мм, довжиною від 4 до 12 м використовують для прорізання слабких ґрунтів з опиранням на ґрунти, спроможні сприймати вертикальні, горизонтальні й моментні навантаження. Занурюються вони із закритим або відкритим нижнім кінцем. Застосування таких паль дає можливість зменшити витрати бетону в два рази порівняно із суцільними палями.

Забивні палі з перемінним перерізом стовбура. Відрізняють такі типи паль із змінним перерізом:

1. Пірамідальні палі квадратного поперечного перерізу зі стороною 200 мм біля вістря і 400, 430, 460 мм – зверху, з кутом між вертикаллю й гранню палі α=1…4°, завдовжки 3-8 м армують ненапруженою або попе-редньо напруженою арматурою.

2. Короткі пірамідальні забивні залізобетонні палі квадратного поперечного перерізу з кутом між вертикаллю і гранню палі α=4…12°. У зв’язку з більшою конічністю стовбура цих паль вони формують при занурюванні більш розвинуту зону ущільненого ґрунту.

3. Забивні залізобетонні фундаментні блоки. Їх виготовляють як суцільні, так і з циліндричною порожниною. Занурюють у ґрунт і розширеним кінцем, і звуженим.

4. Забивні залізобетонні палі із забивними оголовками (шайбами) різної конструкції. Найчастіше застосовують забивні порожнисті блоки. Наявність оголовка підвищує опір палі горизонтальним і моментним наванта-женням.

5. Забивні залізобетонні призматичні палі з розширенням у нижній частині стовбура. Застосовуються при прорізанні товщ слабких ґрунтів (мулів, торфів, текучих глинистих), які чинять незначний опір тертя за бічною поверхнею паль, з опиранням на відносно щільні ґрунти.

6. Забивні залізобетонні козлові та віялоподібні палі. Їх влаштовують як призматичні палі з однобічним загостренням і занурюють. При занурюванні таких паль за рахунок виникнення реактивного опору ґрунту за нахиленою поверхнею палі виникає момент, який розвертає палю в ґрунті відносно шарнірно закріпленої голови в спеці-альному наголовнику. Козлові палі сприймають значні горизонтальні навантаження.

У результаті поєднання параметрів паль різних типів надалі були сконструйовані й деякі їх проміжні варіанти, наприклад: ромбічні, пірамідально-призматичні, біпірамідальні, плоскопрофільовані, з багатоярусними розширеннями за стовбуром тощо.

Удавлювання паль звичайно здійснюють потужними гідродомкратами й використовують тоді, коли не можна застосувати забивання чи віброзанурення (влаштування пальових фундаментів поблизу від існуючих споруд, при посиленні існуючих фундаментів чи в ґрунтах, які ущільнюються під впливом коливань тощо).

Процес удавлювання паль полягає в наступному. Трактор із щоглою встановлюють над місцем заглиблення паль і за допомогою лебідки на поверхню землі опускають опорну плиту, на яку потім установлюють привантажуючий трактор. Попередньо лебідкою палю розміщують у проріз щогли трактора, що знаходиться на ґрунті. Зусилля від лебідки передають на наголовник, і він починає переміщуватись за направ-ляючими, вдавлюючи палю в ґрунт.

Установка розвиває зусилля вдавлювання до 350 кН і може занурити за зміну 10-15 паль довжи-ною до 6 м. Недоліком цього методу є невисока продуктивність, громіздкість обладнання, що знижує маневреність, і невелика глибина занурення паль.

Більш ефективним зарекомендувало себе обладнання для вдав-лювання паль із вакуумним анкером СВО-В-1 конструкції НДІБК (м. Київ). Базовими машинами служать крани РДК-25, МГК-25БС, МГК-25БР тощо. Максимальне зусилля вдавлювання складає 1150 кН при швидкості занурення палі 1-2 м/хв.

У просадочних ґрунтах палями необхідно пройти всю просадочну товщу і заглибити їх кінці в непросадочний ґрунт. Нерідко здійснити прорізання твердих супісків і суглинків палями не вдається. Для полегшення процесу занурювання паль у тверді глинисті ґрунти застосовують лідирування.

Лідируючі свердловини можна влаштовувати двома способами:

1) за допомогою металево-го лідера з поперечним перерізом, розмір якого трохи менший, ніж у палі (на-приклад, для палі перерізом 30x30 см переріз лідера 25x25 см); такий лідер за-нурюють у ґрунт молотом, а виймають за допомогою гідравлічних домкратів або поліспастів;

2) шляхом буріння свердловини меншого діаметра, ніж діаметр палі. Глибина лідируючої свердловини призначається меншою на 1/3 глибини занурення палі. Для полегшення занурювання палі в лідируючу свердловину за добу заливають 20-40 л води.

Несуча здатність паль, занурених у пробурені лідируючі свердловини, дещо менша, ніж паль, занурених у пробиті металевим лідером свердловини або без лідирування.

Технологія MESI

Мікропалі системи MESI виконуються із сталевих труб високої якості, які в місцях передачі навантажень мають спеціальні сопла. Такий спосіб дає можливість отримати елемент пальового фундаменту високої міцності за матеріалом і високої несучої здатності по грунту, що є результатом декількох ін'єкцій у підставі такої палі. Оскільки ін'єкція виконується багаторазово, підстава навколо ін'єкційної труби піддається додатковому ущільненню, що покращує умови роботи мікропалі. Складена з показаних нижче на рисинку елементів, система мікропаль є легкопріспособляемой до конкретних грунтових умов і умов будівництва. Система складається з товстостінних сталевих труб стандартної довжини 1.0, 2.0, 3.0 м. Ці труби з'єднані за допомогою муфт і трапецеїдальної різьби. На певній довжині труби мають ін'єкційні сопла

1 - втрачається наконечник 2 - ін'єкційні труба

3 - ін'єкційні сопла 4 – муфта

 

Процес виконання мікропаль MESI

Занурення

ін'єкційної труби мікропалі MESI виконуються спеціальними машинами. Вони обладнані спеціальними ударними молотами, що дають можливість занурення ін'єкційних труб навіть поблизу існуючих об'ектів.Завдяки конструкції лафета, мікропалі можуть бути завантажені в основу під будь-яким кутом. Під час забивання, контролюється їх опір навантаженням, що дає можливість пристосувати довжину мікропаль до реальних умов грунту.

Завдяки використанню втрачаються наконечників, діаметром більшим діаметра ін'єкційної труби, утворюється суцільний кожух з цементної суміші товщиною близько 2 см.

Багатоступенева ін'єкція

Головною перевагою мікропалі MESI є можливість виконання багаторазової ін'єкції, з метою з'єднання ствола мікропалі з основою. Ця ін'єкція дозволяє оптимальним способом, шляхом тертя по боковій поверхні і вістря палі, передати розтягують і стискають навантаження на навколишнє його грунтову основу. Розташування ін'єкційних сопел в зоні передачі навантажень, залежить від грунтових умов і величини самих навантажень.

Переваги використання системи MESI:

- Можливість адаптації до фактичних навантажень і грунтових умов.

- Можливість отримання дуже високої несучої здатності мікропалі, завдяки виконанню багатоступеневих ін'єкцій (незважаючи на мікропалі малого діаметра).

- Можливості виконання мікропалі під будь-яким кутом.

- Висока несуча здатність як на стиск, так і на розтяг, можливість до передачі згинальних моментів.

- Висока продуктивність.

- Невеликі розміри машини дають можливість виконувати мікропалі у важкодоступних місцях і обмежених просторах

Спеціальні фундаменти.

У сучасному будівництві досить часто виникає необхідність у спору-дженні будівель та конструкцій на значній глибині або фундаментів під унікальні важкі опори. Це різноманітні насосні станції державного господарства, станції метро, фундаменти висотних будинків, опори мостових переходів тощо.

Крім того, спорудження заглиблених приміщень у більшості випадків по-трібно вести в складних умовах, на ділянках з високим рівнем ґрунтової води. Все це спонукає до використання особливих типів глибоких фундаментів, спо-рудження яких у відкритих котлованах неможливе.

Глибокі фундаменти істотно відрізняються від фундаментів, котрі будують у відкритих котлованах за характером своєї роботи. Передусім попереднє розроблення ґрунту в котлованах тут не потрібне. Крім того, робота глибокого фундаменту виключає можливість випирання ґрунту на поверхню з-під підошви і, навпаки, дозволяє врахування сил тертя по бічній поверхні, завдяки чому несуча здатність фундаменту зростає. Нарешті, умови роботи таких фундамен-тів дають можливість передавати на них дуже велике горизонтальне наванта-ження та значні згинальні моменти.

Серед глибоких фундаментів із співвідношенням глибини закладання і ширини підошви d/b>2–2,5 найбільше поширення з давнього часу одержали опускні колодязі та кесони.

Опускний колодязь (кесон).

Вони виконуються полегшеної конструкції у вигляді циліндричних, збірних залізобетонних, тонкостінних оболонок або масивними з каменю, бетону чи залізобетону.

Масивні колодязі споруджуються на поверхні ділянки або штучного острова, якщо йдеться про будівництво опори мосту в акваторії. Колодязі у плані можуть бути круглими або у вигляді еліпсів, овалів. Це пов’язано з тим, що в незаокруглених кутах споруди виникає нерівномірна концентрація сил тертя, яка ускладнює опускання колодязя.

Спочатку на підкладках установлюють опалубку, арматуру, а потім бетонують нижню частину колодязя, що називається ножем або консоллю. Залежно від призначення колодязя, а також від фізико-механічних властивостей ґру-нту ножі можуть бути різної форми. Після тужавіння бетону підкладки вибивають у певній послідовності й починають розроблення ґрунту під загостреною частиною ножа. За рахунок власної ваги під ножем створюється висока концентрація напруг, ґрунт втрачає стійкість і ніж осідає. Стінки колодязів можуть мати різну конструкцію. Для негли-боких колодязів стінки найчастіше роблять постійної товщини. У глибоких ко-лодязях товщину стінок зменшують за рахунок уступів. Уступи влаштовують на внутрішній поверхні стінок. Перший – трохи вище від ножа, а інші – через 3–5 м завширшки 20–30 см. При розміщенні уступів ураховують також яруси бетонування.

Матеріалом для виготовлення стінок є бетон, монолітний чи збірний залі-зобетон. Іноді на верхній частині колодязя передбачається кільцевий пояс.

Внутрішні залізобетонні стіни та перекриття бетонують звичайними способами. Для полегшення опускання колодязів іноді застосовують низькочасто-тні потужні вібратори.

На розроблення ґрунту в опускному колодязі припадає до 60–70 % часу його спорудження. Роботи ведуть у будь-яку пору року. Залежно від умов приймають різні схеми виконання земляних робіт. Часто розроблення ґрунту ведуть насухо екскаваторами за допомогою бульдозерів, які пересуваються на дні. Можлива робота тільки бульдозерів, що зміщують ґрунт у визначене місце, звідки його виймають грейферами. При застосуванні екскаваторів ґрунт навантажують у баддю і кранами подають нагору.

Із неглибоких колодязів ґрунт можна витягати на поверхню за допомогою транспортерів.

Якщо має місце значне надходження води до колодязя або наявні нестійкі породи (пливуни), ґрунт виймають грейферами, гідроелеваторами або ерліфтами. Ґрунт завжди виймають рівномірно по всій площі колодязя від центра до периферійної частини. Дуже важливо, щоб від ножа до центра був нахил. Опускання колодязів у пливун ведуть після розроблення ґрунту засобами гідромеха-нізації.

Іноді для зниження рівня води в опускному колодязі застосовують відк-ритий водовідлив. Із цією ж метою можна влаштовувати глибинне водознижен-ня за допомогою голкофільтрів чи глибинних насосів. (рис. 13.16).

Кесони. Ця назва виникла від французького слова саіssоn, тобто ящик. Якщо в ґрунті є дуже міцні прошарки або тверді включення, занурення опуск-них колодязів неможливе. У таких випадках застосовують кесонний фундамент, або кесон. Це – залізобетонна повітронепроникна міцна коробка, утворе-на товстою стелею та бічними стінками, але без дна. У порожнину безперервно подається стиснуте повітря по трубах із компресорної станції. Тиск залежить від товщини водоносного шару, яка відлічується від ножової частини. Таким чином, проникнення в порожнину кесона води неможливе, а в його робочій ка-мері, висота якої не менше ніж 2,2 м, утворюється робочий простір, де, власне, і виконуються роботи.

Для сполучення робочої камери із зовнішнім простором використовують спеціальне шлюзове обладнання, яке складається з шлюзового апарата та шахт-них труб і виготовлене з листової сталі. У свою чергу, шлюзовий апарат має центральну камеру й дві прикамерки – пасажирську та вантажну.

Для опускання людей у робочу камеру в пасажирській прикамерці знижується тиск до атмосферного, туди люди заходять, і двері зачиняються. Далі в прикамерці повільно підвищується тиск до того рівня, який є в робочій камері кесона. Коли вони зрівняються, відчиняються двері до центральної камери й люди через шахтну трубу по драбині або ліфтом опускаються до робочої каме ри. Весь процес переходу від атмосферного тиску до підвищеного, залежно від різниці між ними, триває 5–60 хв.

Тиск у робочій камері кесона, коли там працюють люди, не повинен пе-ревищувати 0,35–0,4 МПа, що відповідає висоті стовпа води над робочим міс-цем 35–40 м. У таких умовах людина може перебувати не більше 2 годин, із яких лише одну годину можна займатися фізичною працею.

Стіна в ґрунті (барети).

Будівництво заглиблених у ґрунт споруд у нестійких ґрунтах із високим рівнем ґрунтової води здійснюють найчастіше за допомогою опускних колодязів або кесонів. Але такі фундаменти потребують значних витрат, а будівельні роботи можуть виконувати тільки спеціалізовані організації. Іноді застосування їх узагалі неможливе, наприклад поряд з існуючими капітальними спорудами, бо практично неможливо виключити надхо-дження насичених водою ґрунтів (пливуни, глини текучої консистенції) до ко-лодязя або кесона.

У таких випадках доцільно використовувати сучасний метод будівництва заглиблених споруд, яким є шліцьові фундаменти або “стіна у ґрунті”.

Суть методу полягає в тому, що вертикальні стіни заглибленого в ґрунт приміщення зводяться у вузьких глибоких траншеях. Стінки траншей не спли-вають і не руйнуються завдяки заповненню їх рідиною у вигляді глинистої суспензії. Після завершення земляних робіт траншеї заповнюють монолітним за-лізобетоном, ґрунтовими сумішами або в них опускають збірні панелі.

Таким методом можна створити несучі конструкції заглибленого приміщення або сформувати протифільтраційні діафрагми (ПФД) для захисту навко-лишнього середовища від шкідливого забруднення.

В Україні таким методом збудовано немало споруд, серед яких насосні станції для мереж водопроводу та каналізації, корпуси приймання та первинно-го дроблення руди, приміщення металургійних заводів, ПФД на гірничо-збагачувальних комбінатах та нафтопереробних заводах, атомні реактори, технологічні підвали, підземні переходи, гаражі, підвали висотних будинків, при-міщення метрополітену тощо.

Метод “стіна в ґрунті” має суттєві позитивні якості. Цей тип фундаментів можна широко використовувати в безпосередній близькості до діючих об’єктів, об’єм земляних робіт дуже малий, виключена необхідність у відкачуванні води й зворотному засипанні.

Іноді “стіна в ґрунті” є єдино можливим варіантом будівництва, напри-клад, коли споруда в плані має великі розміри і складну конфігурацію, спору-джується в складних кліматичних умовах або має незамкнений лінійно-протяжний характер.

Заглиблені споруди з метою уніфікації проектують переважно круглими з діаметром 7, 8, 10, 12, 15, 18, 21, 24, 30, 36, 42 м. Глибину такого фундаменту приймають кратною 0,6 м.

Стінки з монолітного залізобетону приймають 0,5–1,2 м завтовшки, а в збірному варіанті – 0,3–0,8 м.

Розроблення траншей виконують під захистом суспензії за допомогою бурових агрегатів, бурофрезерних машин, ковшових машин грейферного типу або екскаваторів. Вони дають змогу влаштовувати траншеї шириною 0,4–1,1 м, глибиною від 10 до 50 м, а іноді й до 300 м. Вибір раціонального механізму проводять у два етапи. Спочатку вибирають технічно можливі і практично реальні варіанти, а потім за техніко-економічними підрахунками – найбільш економічний.

Так, при глибині траншей від 7 до 15 м та нескельних ґрунтах слід використовувати ковшові механізми (зворотна лопата, грейфер, драглайн, штанго-вий екскаватор).

При глибині 15—25 м у нескельних, а особливо в слабких ґрунтах, слід віддавати перевагу грейферам, бурофрезерним машинам.

Під час виконання робіт у скельних ґрунтах на будь-яку глибину слід ви-користовувати обертове або ударне буріння.

Велику увагу приділяють виготовленню глинистої суспензії, яка запов-нює траншеї та створює гідростатичний тиск для захисту стінок від руйнуван-ня. Цей тиск повинен бути більшим за тиск від власної ваги зволоженого ґрунту і ґрунтової води.

Французька фірма “Ропоsоl” запропонувала монтувати залізобетонні па-нелі в траншею, заповнену тверднучим розчином, до складу якого входить на один кубічний метр 20–30 кг бентонітової глини, 150–400 кг цементу. Збірні за-лізобетонні панелі мають вертикальний стик “паз–гребінь”, який забезпечує во-донепроникність та щільність. Панелі заводять у так званий “комір” – форшах-ту, який створено з кутової або прямокутної залізобетонної конструкції.

Під час установлення панелей твердіючий розчин повинен бути рухомим з такими ж властивостями, як і у суспензії. Згодом він тужавіє й втрачає рухомість, що затримує витікання його до суміжної ділянки. У той же час стежать за тим, щоб швидкість тверднення не стала занадто великою, інакше буде важко очищати пази панелей. Проектна міцність роз-чину становить 0,5–1 МПа.

На рис. 13.19 видно елементи “стіни в ґрунті”, які створені за методом “Ропоsоl”.

Проблеми у будівництві.

Виділяють кілька груп причин відмови системи “ОСНОВА – ФУНДАМЕНТ – СПОРУДА”.

1. Помилки при інженерно-геологічних дослідженнях:

- недостатній обсяг робіт;

- помилкова оцінка властивостей ґрунту основи;

- відсутність чи помилковість прогнозу про можливі зміни властивостей ґрунтів основи під впливом гідрогеологічних або техногенних факторів;

- неврахування історії формування інженерно-геологічних умов ділянки будівництва.

Хоч помилки цієї групи досить поширені, але вони важко піддаються врахуванню у зв’язку з тим, що проявляються в період як будівництва, так і експлуатації. Ці помилки можуть бути виявлені лише у випадку відмови того чи іншого виду.

2. Помилки при проектуванні фундаментів та основ:

- неврахування зміни властивостей ґрунту основи й навантажень у межах будинку чи споруди;

- помилковий вибір розрахункової схеми та неправильне трактування вимог нормативних документів;

- неврахування швидкості завантаження фундаментів на слабких ґрунтах;

- неврахування впливу на деформації будинків завантаження сусідніх із ними ділянок;

- відсутність конструктивних заходів для надземної частини будинків;

- помилкове інтерпретування результатів випробувань паль і фундаментів, які виготовляються без виймання ґрунту;

- використання для просадочних ґрунтів фундаментів на природній основі без попереднього поліпшення властивостей ґрунту та прийняття конструктивних і водозахисних заходів або неправильне застосування методів часткового усунення просадочних властивостей, неправильне проектування водонесучих мереж, які надалі стають систематичними джерелами замочування тощо.

3. Відмови системи, пов’язані із зміною характеристик ґрунту основи й фундаментів, унаслідок будівельних робіт:

- неправильне виконання збезводнювання ґрунту шляхом відкритого водо-відливу в дрібнодисперсних ґрунтах, порушення властивостей ґрунту через пересування механізмів, вибухові роботи;

- порушення правил виконання палебійних робіт та штучних основ;

- порушення правил виконання основ і фундаментів узимку, наслідком чого є промерзання ґрунту основи та його випинання;

- замокання ґрунтів основи у відкритих котлованах;

- неправильне виконання робіт із улаштування зворотного засипання навколо фундаментів і відсутність вимощень;

- неправильна “консервація” будівництва тощо.

Ця група найбільш чисельна (більше ніж 40% відмов). Звичайно, що в більшості випадків вони можуть бути усунені при дотриманні відповідних технічних умов та правил виконання робіт.

4. Відмови системи під час експлуатації:

- неправильна експлуатація (однобічне навантаження фундаментів, витоки виробничих та побутових вод, некваліфіковане проведення робіт поряд з об’єктами й ін.);

- непередбачені проектом випадки збільшення навантаження (іноді дина-мічних) на фундаменти у зв’язку з переобладнанням чи надбудовою споруд і будинків тощо.

Висновки.

В століття технічного прогресу існує завдання максимальної економічності коштів за допомогою механізації, індустріалізації, і автоматизації як при будівництв так і при проектуванні. Ось, наприклад, закріплення ґрунтів хімічними засобами відоме з кінця ХІХ сторіччя, і до цих пір було розроблено багато різних рецептур, кожна з яких має свою галузь використання, обмежену величиною коефіцієнта фільтрації, хімічним складом ґрунтів, особливостями реагентів, котрими закріпляють ґрунт, і багатьма іншими чинниками. З часом ці методи показують свою ефективність або непридатність у певних ґрунтових умовах.

Досить поширена термічна обробка лесових ґрунтів, що веде до створення міцної основи, властивості якої подібні до властивостей звичайної цегли.

Нарешті, закріплення слабкого водонасиченого ґрунту можливе за рахунок збезводнювання його за допомогою вертикальних дрен, водозниження, а також електрохімічного впливу. Останній також сприяє закріпленню грунту.

Перелічені прийоми не завжди можна застосовувати. Їх виконують згідно з ретельним обґрунтуванням та техніко-економічним аналізом. Необхідно також мати на увазі, що нагнітання деяких хімічних речовин у геологічне середовище може значно погіршити його екологічний стан.

Із метою підвищення ефективності спорудження фундаментів будівель розв’язують такі завдання, як підвищення якості інженерно-геологічних розвідувань на будівельних майданчиках і точності оцінювання фізико-механічних характеристик ґрунтів основ; удосконалення методів розрахунку й проектуван-ня основ та фундаментів; розроблення і впровадження прогресивних конструкцій фундаментів; розширення галузі застосування нових, сучасних методів штучного поліпшення властивостей ґрунтів основ; удосконалення методів ула-штування фундаментів у різних інженерно-геологічних умовах; широке впро-вадження сучасної будівельної техніки, індустріалізації й механізації робіт, зв’язаних з улаштуванням фундаментів і основ.

8. Література:

1. ДБН В.2.1-10-2009 Основи та фундаменти. Основні положення проектування. - К.: Мінрегіонбуд України, 2009 - 104с. – Чинні від 01.07.2009.

2. СНиП 2.02.03-85: Свайные фундаменты.- М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. - 48с.

3. Зоценко М.Л. Інженерна геологія. Механіка ґрунтів, основи та фундаменти. – Полтава: ПНТУ, 2004. – 568 с.

4. Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты (включая специальный курс инженерной геологии). - Л.: Стройиздат, 1988. - 416с.

5. www.mvea.ru

6. www.keller.com.ua

7. www.fundexbmgs