Ущільнення ґрунтового масиву та заміна слабкого ґрунту основи.

Для ущільнення грунта використовують такі методи:

1. Поверхневе ущільнення.

2. Глибинне віброущільнення.

3. Камуфлетні вибухи.

4. Влаштування грунтових і піщаних паль.

5. Ущільнення статичним навантаженням з приміненням вертикальних дрен і т.д.

Поверхневе ущільнення грунтів.

Роблячи удари трамбівкою по дну котловану, можна ущільнити грунти деяких видів і тим саме збільшити їхню якість. До таких грунтів відносять ненасичені водою пилувато-глинясті грунти. Товщина шару ущільнювального грунту залежить від інтенсивності дії прийнятої трамбівки чи катка і властивостей грунтів.

Грунти ущільнюються до щільності складення, при якій вони мають деформативність не вище заданої та необхідної міцності. Ущільнення грунту досягається проходом катків (6…8 разів) чи ударами трамбівок до 8 разів на одному місці.

В Швейцарії приміняли надважкі трамбівки масою 40 тонн, які вільно падали з висоти 40м. Це дало змогу ущільнити бетонну-кам’яний насип на глибину 40 м.

Орієнтовачні данні про можливі товщині ущільненого грунту:

Вид поверхневого ущільнення	Товщина ущільненого шару, м
Пневматичні трамбівки	0,1…0,2
Катки: Гладкі Кулачкові	0,1…0,25 0,2…0,35
Віброкатки	0,4…1,2
Катки з падаючим навантаженням (масою) 0,8…1,7 тонн	1,0…1,5
Віброплити	0,2…0,6
Тяжкі трамбівки з масою: 2…3 тонни 4,5…5 тонн 10 тонн	1,5…2,0 2,5…3,0 5,5…6,0

Глибинне ущільнення.

Для ущільнення насичених водою піщаних грунтів застосовують глибинне вібрування. Вібрування піска можно виконувати двома способами: занурення вібратора (вібробулави) в пісок (показано на рис) аналогічно занурення вібробулави в бетонну суміш чи занурення в грунт стержня з прикріпленним до його голови віброзанурювача. В цьому чи другому способі коливальні рухи передаються піску, який спочатку частково чи повністю розжижається, а потім поступово ущільнюється. При відповідних умовах можна досягнути щільного стану піску. Якщо пісок знаходиться в ненасиченому водою стан, до місця вібрування подають воду чи застосовують гідровібратори (віброфлотатори).

Вібробулаву, як правило, використовують для ущільнення шару піску товщиною від 1 до 10 м. В цілях пришвидшення робіт на спеціальній рамі прикріплюють кущ вібраторів, занурюючи і витягаючи його за допомогою крану.

Влаштування грунтових і піщаних паль.

Товщі пісків, які містять органічні залишки чи заторфованні, і лесові можна ущільнювати за допомогою піщаних чи грунтових паль. При зануренні лідера забивкою чи вібруванням навколо нього, виникає ущільнення грунту без випучування (випору). Цим можна скористатись і виконати ущільнення до необхідної щільності.

Ущільнення насичених водою пісків, які містять органічні залишки чи за торфовані, виконують піщаними палями. Для іх виготовлення, в грунт занурюють інвентарну трубку з розкриваючим чи втрачаючим башмаком. Занурення здійснюють забиванням чи вібруванням. Потім в трубу вкладає ця порціями пісок, втрамбовуючи його і одночасно виймаючи його.

Лесові грунти, можуть тримати вертикальні стінки без обсадної труби, тому забивають інвентарний сердечник. В процесі забивки грунт навколо сердечника ущільнюється, який потім виймається. А влаштована свердловина вкладають порціями з ретельним ущільненням. Це приводить до додаткового ущільнення грунту навколо свердловини. Палі розміщують в шахматному порядку у вершинах рівносторонніх трикутників.

Ущільненя грунту статичним навантаженням

При здійсненні водозниження в слабких водонасичених ґрунтах можливе поступове ущільнення водоносного шару. Пояснити таке ущільнення можна, якщо згадати, що в піщаних та деяких глинистих ґрунтах, які лежать нижче від рівня підземної води, існує так звана виважена дія води.

Таким чином, якщо на будівельному майданчику влаштувати водозниження, то осушення масиву буде супроводжуватися його компресійним самоущільненням. Швидкість такого самоущільнення залежить від швидкості відкачування.

Слід мати на увазі, що у глинистих ґрунтах із малим коефіцієнтом фільтрації процес самоущільнення може тривати десятиліттями. Це стосується насамперед дуже пористих водонасичених глин і суглинків, а також торфів. Для прискорення ущільнення таких ґрунтів використовують додаткове навантаження шару слабкого водонасиченого ґрунту насипом і улаштуванням водозбірних дрен в шарі слабкого водонасиченого ґрунту (рис. 15.5).

Дренування полягає в створенні штучних пор для руху ґрунтової води в завчасно передбаченому напрямі (у більшості випадків – угору). Для цього по-верхню ділянки планують зі схилом від середини до краю, на неї укладають шар матеріалу, що добре фільтрує. У товщі слабкого ґрунту влаштовують піщані палі або з допомогою механізмів занурюють картонні дрени заводського виготовлення. План розміщення дрен, їх переріз та відстань між ними встановлюють розрахунком, виходячи з умови 90%-ної консолідації деформацій основ або залежно від строку ущільнення ґрунту будівельного майданчика. Дрени ро-зміщують у вершинах квадратів або рівнобічних трикутників із відстанями між піщаними стовпами 1,5-3 м, а між дренами заводського виготовлення – 0,5-2 м.

Далі з місцевого ґрунту влаштовують штучний насип, який являє собою навантаження товщі слабкого ґрунту, що спричиняє в ґрунтовій воді поровий тиск, а потім і рух води по палях або дренах угору й по фільтруючому шару за межі ділянки. В міру витиснення води поступово відбувається ущільнення.

До слабких (дуже стисливих) ґрунтів належать водонасичені мулисті супіски (e>0,9), суглинки (e>1), глини (e>1,5), стрічкові глини, мули, сапропелі, торфи і заторфовані ґрунти. Лесові ґрунти після насичення водою теж стають слабкими. Для таких ґрунтів характерна дуже висока стисливість, зумовлена значенням модуля загальної деформації E₀<5 МПа, а також великий коефіцієнт водонасичення S_r≥0,8. Більшість перелічених слабких ґрунтів має тиксотропні властивості, тобто від динамічного впливу вони короткочасно втрачають структурну міцність, а потім поступово її відновлюють.

Проектування будівель і споруд на слабких ґрунтах відбувається з урахуванням таких загальних правил:

1. Треба уникати порушення природного стану слабкого ґрунту, яке веде до різкого зниження його механічних властивостей.

2. Не дозволяється збільшення навантажень на фундаменти під час екс-плуатації будівель і споруд.

3. Необхідно створювати умови для збереження однакового рівня води (влаштування протифільтраційних запон, дренажу, канав тощо).

4. Треба враховувати чутливість ґрунту до динамічних імпульсів і наван-тажень.

5. Слід ураховувати величини структурної міцності ґрунту.

6. Фундаменти треба навантажувати одночасно, повільно й поступово на всій площі будівлі або споруди.

7. Доцільно створювати умови для зменшення нерівномірності осідань.

8. Необхідно пристосовувати надземні конструкції до нерівномірності осідань та збільшеної деформації основи.

Рекомендації для вибору раціональних заходів улаштування основ та фундаментів в умовах залягання слабких ґрунтів:

Заходи	Реалізація заходів
Ущільнення або закріплення слабкого ґрунту	Передбудівельне ущільнення ґрунту за допомогою фільтруючого навантаження з улаштуванням піщаних або картонових дрен; електрохімічне закріплення ґрунту.
Прорізання слабкого ґрунту	Улаштування пальових фундаментів із використанням порожнистих паль; улаштування фундаментів типу “стіна у ґрунті”.
Заміна слабкого ґрунту	Улаштування подушок із крупного або середньої крупності піску на повну або часткову товщину слабкого ґрунту для зменшення ти-ску на покрівлю слабкого ґрунту.
Конструктивні заходи	Проектування будівель та споруд простого окреслення в плані й однакової висоти їх частин; передбачення будівельного підйому і щілини між верхом трубопроводів та верхом отворів для них; пе-редбачення можливості рихтування конструкцій; улаштування фундаментів у котлованах такої глибини та розмірів у плані, щоб вага відкопаного ґрунту була близькою до ваги будівлі чи споруди (“плаваючий фундамент”); улаштування суцільних армованих швів або залізобетонних поясів по всіх несучих стінах з анкеруванням плит міжповерхових перекриттів; виключення можливості впливу будівництва важких споруд на розміщені поряд існуючі будівлі; обмеження використання збірних залізобетонних фундаментів; улаштування залізобетонних поясів на рівні верха збірних фунда-ментних плит та верха цоколя з арматури Ø10 мм загальною пло-щею не менше ніж А=8…12 см^2.
Ущільнення заторфованого ґрунту або торфу постійним за-вантаженням основи шаром на-сипного чи намитого ґрунту.	Улаштування штучних дрен із подальшим відсипанням насипу на поверхні або намиванням шару піску для прис-корення процесу ущільнення насиченої водою товщі слаб-ких ґрунтів.