Шпунтовые ограждения, боковые пригрузки и армирование грунтов.

Для исключения выпора грунта из-под фундамента в стороны иногда применяют шпунтовое ограждение основания. В таком случае через толщу слабых рунтов в относительно плотный грунт 3 забивают шпунт 2 с заделкой его в фундаментную плиту 1, по которой устанавливают дренирующую песчаную подсыпку 5. Такое решение для сооружений допускающих значительную осадку. С целью исключения слаюого грунта из-под малочувствительного к неравномерным осадкам сооружения на поверхность грунта в пределах возможной призмы выпирания иногда укладывают пригрузку. Такое решение чаще при устройстве насыпей. Армированием грунта можно резко увеличить устойчивость подпорных стенок. Для этого по мере обратной засыпки грунта в него укладывают арматуру, идущую от стенок за пределы призмы обрушения. При пексчанныех грунтах можно армировать и основание.

 

114. Поверхностное уплотнение грунтов. Грунты уплотняются до плотности сложения, при которой они обладают деформативностью не выше заданной и требуемой прочностью. Уплотнение грунта достигается многократной проходкой катков (обычно 6...8 раз) или ударами трамбовки до 8 раз по одному месту. Режим уплотнения устанавливают экспериментально. При этом определяют оптимальные влажность и плотность Уплотнение производят до определенной плотности сложения, выражаемой коэффициентом уплотнения, равным от­ношению плотности скелета уплотненного грунта к оптималь­ной плотности грунта P.d/Pd.opt, или в некоторых случаях плот­ностью скелета грунта Pd. Обычно уплотняют до Pd/pd. op>0,95, Поскольку дно котлована при поверхностном уплотнении грунта понижается на величину ∆h, отметку дна котлована при его отрывке принимают соответственно выше. Грунты с влажностью меньше оптимальной перед уплотне­нием доувлажняются путем подачи воды в открытый котлован.

 

115. Глубинное уплотнение грунтов. Для уплотнения насыщенных водой песчаных грунтов применяют глубинное вибрирование. Виброуплотнение песков можно производить двумя способами: погружением вибратора (вибробулавы) в песок аналогично погружению вибробулавы в бетонную смесь или погружением в грунт стерж­ня с прикрепленным к его голове вибропогружателем. В этом и другом случае колебательные движения передаются песку, который сначала частично или полностью разжижается, а затем постепенно уплотняется. При определен­ных условиях можно достигнуть плотного состояния песка. Если песок находится в ненасыщенном водой состоянии, к месту виб­рирования либо подают воду, либо применяют гидровибраторы (виброфлотаторы). Вибробулавы обычно используют для уплотнения слоя песка толщиной от 1 до 10 м. В целях ускорения работ на специаль­ной раме укрепляют куст вибраторов, погружая и извлекая его из грунта с помощью крана. Вибрацией хорошо уплотняются все пески, кроме пылеватых. Взрывами уплотняют толщи просадочных лёссовых грунтов

 

116 Устройство песчаных и грунтовых свай Песчаные и грунтовые сваи используются для уплотнения грунта. Грунтовые сваи применяют для устранения просадочности макропористых грунтов на глубину до 20 м. Уплотнение просадочных макропористых грунтов грунтовыми сваями производится 2 способами. 1-й способ (способ сердечника) - в грунт погружают пустотелую трубу с закрытым концом, которая уплотняет грунт вокруг трубы. Затем трубу вытаскивают и полученную скважину заполняют уплотненным грунтом. 2-й способ (способ взрыва) - в грунт опускают удлиненный заряд ВВ, который после взрыва уплотняет окружающий грунт. Скважины взрыва также заполняют уплотненным грунтом. Независимо от количества грунтовых свай, получаемого по расчету, число рядов их по длине и ширине фундамента принимается не менее 3. Песчаные сваи применяются для глубинного уплотнения сильносжимаемых глинистых грунтов, а в отдельных случаях и водонасыщенных глинистых грунтов. Изготовление песчаных свай: в грунт свайным молотком погружается пустотелая металлическая труба (в верхней части имеет воронку для насыпания песка) с инвентарным самораскрывающимся наконечником. Диаметр трубы выбирается равным или меньшим диаметра сваи. После погружения трубы с закрытым наконечником (створки наконечника закрываются, на них надевается металлическое или веревочное кольцо) на проектную глубину через воронку в нее засыпается песок. При подъеме трубы кольцо за счет трения с окружающим грунтом снимается, наконечник раскрывается, и песок под действием собственного веса и вибрации высыпается в образованную трубой скважину. При устройстве песчаных (грунтовых) свай получается не свайный фундамент, а уплотненное основание со средним модулем деформации, значительно превышающим модуль деформации неуплотненного грунта.

117. Уплотнение грунта статической нагрузкой Применяется для слабых, насыщенные водой пылевато-глини-стых грунтов и торфов, так как они обладают малой водопроницаемостью, а их уплотнение связано с выдавливанием воды из пор грунта. Для уплотнения таких грунтов используют статическую нагрузку в виде насыпи. При этом для ускорения процесса уплотнения устраивают дрены Давление по подошве насыпи должно быть больше давления от проектируемого сооружения в пределах площади застройки. Обычно насыпь отсыпают послойно, так как выполнение ее сразу на необходимую высоту может привести к потере устой­чивости слабых грунтов в ее основании. Вертикальные дрены делают песчаными, из специального по­ристого картона или из пластмассовой ленты в бумажном ко­жухе Песчаные дрены изготовляют аналогично песчаным сваям, но располагают значительно реже —обычно че­рез 2...4 м. Картонные и пластмассовые дрены обычно вдавливают в грунт.

 

118. Уплотнение грунта водопонижением. Слабые пылевато-глинистые грунты, которые способны отдавать воду из пор (илы, ленточные глины, заторфованные супеси и др.), можно уплотнить, понижая уровень подземных вод, например, путем откачки воды из скважин-фильтров. Пони­жение уровня подземных вод приводит к снятию выталкивающего давления воды, что вызывает в скелете грунта значительное повышение напряжений, действие которых на грунт будет аналогичным действию внешней нагрузки. Отжимаемая в процессе уплотнения вода откачивается из скважин-фильтров. Может привести к нежелательной осадке существующих зданий или подземных коммуникаций. Для исключения этого уплотняемый участок можно оградить шпунтом или осуществить подачу воды в грунт около объектов, осадка которых недопустима. Слабо фильтрующие пылевато-глинистые грунты во многих случаях не отдают воду. Тогда для их уплотнения прибегают к использованию электроосмоса. Для этого в грунт погружают электроды и пропускают через них постоянный электрический ток. По мере прохождения тока поровая вода концентрируется у катода. Катод делается в виде иглофильтра Из группы иглофильтров вода откачивается вихревыми насосами, Таким образом, пылевато-глинистый грунт уплотняется как вследствие понижения уровня подземных вод \

 

119. Устройство вытрамбованных котлованов под фундамент. За последнее время в неводонасыщенных грунтах, в частности в лёссах, стали устраивать фундаменты в вытрамбо­ванных котлованах. Для этого специальной трамбовкой удара­ми по одному месту вытрамбовывают полость, уплотняя грунт вокруг нее. В полость укладывают бетон с трамбованием — и фундамент после твердения бетона готов Иногда в нижнюю часть полости до бетонирования в грунт втрамбовы­вают щебень, добиваясь существенного повышения несущей способности таких фундаментов.

 

120. Цементация грунтов заключается в нагнетании в закрепляемый грунт (скальные обломочные отложения, галечниковые отложения, рыхлые ср- и крупно-зернистые пески или песчано-гравелистый) через систему пробуренных в нём скважин цементной суспензии (соотношение массы цемента и воды в растворе в пределах от 0,1 до 2). Применяется только если коэфф-т фильтрации грунтов основания больше 80 м\сутки. Для повышения подвижности густых цементных и цементно-песчаных растворов применяют добавки сульфитно-спиртовой барды в количестве 0,01-0,25% по отношению к цементу. Ускорение схватывания растворов и увеличение первоначальной прочности цементного камня регулируется добавками хлористого кальция в количестве 1-5% по отношению к цементу. Прочность и водонепроницаемость грунта после цементации значительно увеличиваются.

121. Двух- и однорастворная силикатизация. Способ силикатизации применяется для закрепления сухих и водонасыщенных грунтов и основан на использовании силикатных растворов. Д вухрастворный способ (применяется для закрепления среднезернистых песков) заключается в последовательном нагнетании в грунт растворов силиката натрия и хлористого кальция. Получающийся в результате реакции гель кремниевой кислоты придаёт грунту значительную прочность и водонепроницаемость. Мелкие пески закрепляются способом однорастворной силикатизации, т. е. раствором силиката натрия с добавкой фосфорной кислоты. В лёссовых грунтах нагнетается лишь раствор силиката натрия; роль второго раствора выполняют соли самого грунта. Силикатизации не поддаются грунты, пропитанные нефтепродуктами, смолами и при наличии грунтовых вод, имеющих рН >9. В основном применяется для укрепления грунта в основаниях деформирующихся домов.

 

122. Глинизация, битумизация и смолизация грунтов Глинизация служит для уменьшения фильтрационной способности трещиноватых скальных, кавернозных пород и гравелистых грунтов. При этом способе в трещины породы нагнетается под большим давлением глинистая суспензия с добавкой небольшой дозы коагулянта. Для лучшего заполения пор глинистым раствором перед глинизацией в инъектор под давлением в неколько атмосфер нагнетается 10-20 дм³ воды.

Смолизация - нагнетание водного раствора карбамидной смолы с добавкой соляной кислоты, щавелевой кислоты или хлористого аммония. Применяется для закрепления, повышения прочности и водонепроницаемости мелкозернистых песчаных грунтов. Битумизация рименяется в тех случаях, когда из-за высокой скорости течения грунтовых вод или и агрессивности невозможно произвести цементизацию трещин или пустот в грунтах. Нагнетание горячего битума в полости и трещины кавернозных пород производится через пробуренные скважины, оборудованные инъекторами. При холодной битумизации в грунт нагнетают тонкодисперсную битумную эмульсию. Способ применяется для очень тонких трещин в скальных грунтах и закрепления песчаных грунтов.

 

123. Термический метод закрепления лессовых просадочных грунтов. Этот метод закрепления грунтов применяют для устра­нения просадочности и увеличения прочности лёссов. Чаще все­го его используют, если в результате случайного замачивания грунтов основания сооружение начинает получать нежелатель­ные неравномерные осадки. Термическому закреплению под­даются также глины и суглинки, если они обладают воздухо­проницаемостью. Термическим способом закрепляют грунт на глубину до 20 м. Сущность термического закрепления заключается в увеличе­нии прочности структурных связей в грунте под влиянием высо­кой температуры. Для обжига грунта в пробуренных скважинах сжигают топливо (газообразное, жидкое или твердое), в качестве которого используют обычно природный и иные горючие газы, соляровое масло, мазут и др. С целью поддержания про­цесса горения в скважины подают воздух под давлением. Подачу воздуха и топлива регулируют так, чтобы в скважина поддерживалась температура около 800°С и проникающие в порыгрунта горячие газы нагревали бы его до температуры ниже300 °С. Эффективный обжиг лёссового грунта происхо-аазоне температур 400...800°С. При температуре ниже300 устранение проосадочныхсвойств лёссов не обеспечивается.При t выше 900°С происходит спекание грунта и оплывание стенок скважины. Обжиг грунта продолжается 5... 10 дней. При расходе жид - готоплива 80...180 кг на 1м длины скважины вокруг нее образуется столб закрепленного грунта диаметром 1,5.,.3 м с ку­биковой прочностью 1„.3 МПа.

124. Классификаия фундаментов глубокого заложения. Фундаменты глубокого заложения обычно проектируют под тяжелые сооружения, так как для обеспечения нормаль­ной эксплуатации последних в качестве их основания прихо­дится выбирать плотные малосжимаемые грунты.. От фундаментов, возводимых в открытых котлованах, фундаменты глубокого заложения отличаются следующими основными особенностями: сооружаются без вскрытия основания котлованами, при отрывке которых грунты ниже их дна разуплотняются с частич­ным нарушением природной структуры; обеспечивают работу грунтов в основании под нагрузкой без развития выпора их вверх; хорошо сопротивляются действию горизонтальной нагрузки; передают вертикальную нагруз­ку на грунты основания через по­дошву (давлением) и боковые поверхности (трением). Применяются следующие виды фундаментов глубокого заложения: 1) опускные колодцы - колодцы оболочки из сборного железобетона и массивные опускные колодцы; 2) кессонные фундаменты; 3) буровые опоры. Массивные опускные колодцы погружаются под действием собственного веса по мере удаления грунта из внутренней полости. Кессонные фундаменты используются редко и в основном в водонасыщенных грунтах, когда имеются припятствия для опускных колодцев.

125 Массивные опускные колодцы. При устройстве фундаментов методом опускного ко­лодца на поверхности грунта возводят пустотелую нижнюю часть фундамента в виде колодца. Через вертикальную полость в колодце с помощью землеройных механизмов из-под него извлекают грунт. Под действием силы тяжести ко­лодец погружается в грунт.

Рисунок. Последовательность устройства фундамента По мере опускания колодца его наращивают. После погружения на проектную глубину ниж­нюю часть колодца заполняют бетонной смесью (в). В настоящее время опускные колодцы применяют для устройства фунда­ментов под тяжелые сооружения'' (мосты, башни и др.) и для возведения подземных сооружений. При строительстве канали­зационных насосных станций иногда опускают колодцы диа­метром более 70 м на глубину 70 м и более. Использование метода опускного колодца для возведения подземных сооружений весьма целесообразно: не требуется крепление стенок котлована, объем земляных работ сводится к минимуму, а расход мат-а на изгот-ие самого колодца опред-ся из условия восприятия давления грунта вертикальными стенками цилиндрической оболочки. Колодцы во многих случаях проектируют цилиндриче­ской формы. Для уменьшения трения поверхности стенок колодца о грунт при его погружении с их внешней стороны делают уступ и образующийся зазор заполняют раствором тиксотропной бентонитовой глины. Давление раствора глины поддерживает вертикальные стенки грунта. Для облегчения погружения колодца нижнюю часть его оборудуют специальным ножом из стали В ряде случаев опускные колодцы устраивают сборной конструкции с вертикальным или горизонтальным членением напанели или кольца. Сборные элементы замоноличиваются. Конструкции опускного колодца рассчитывают на уси­лия, возникающие в них как при погружении, так и при экс­плуатации колодца.

 

 

126 Оболочки. Глубокие опоры. Поскольку опускные колодцы погружаются под дей­ствием собственного веса, нередко приходится их стенки де­лать значительно толще,, чем требуется по расчету на проч­ность. В связи с этим возникла идея принудительного погру­жения колодцев. Такие конструкции приобрели новое каче­ство — тонкие стенки. Их стали называть оболочками или сваями-оболочками. Сущность способа устройства фундаментов с помощью обо­лочек сводится к погружению в грунт мощными вибромоло­тами или низкочастотными вибропогружателями железобетон­ных труб диаметром 0,8...3 м. Под действием вибрации обо­лочка врезается в грунт.. Для дальнейшего погружения оболочки из нее извлекают грунт, После погружения одного звена оболочку наращивают. Нижнее звено оболочки снабжается ножом. Звенья оболочки, имеющие фланцы, соединяют жестко на болтах или на сварке. Железобетонные звенья длиной 6...10 м должны быть арми­рованы продольными стержнями и спиралью. Далее оболочка заполненяется бетонной смесью толщиной 2...5 м. После того как уложенный бетон на­берет необходимую прочность, воду из оболочки откачивают и дальнейшую укладку бетонной смеси выполняют насухо. К недостаткам фундаментов из оболочек относится возникновение при их устройстве значительных колебаний грунта в пределах окружности радиусом, измеряемым иногда сотнями метров. В связи с этим оболочки не рекомендуется применять в застроенных районах городов. Рисунок. Глубокие опоры (в плане), выполненные методом «стена в грунте» Изготовления в грунте - устраивают под защитой глинистого рас-твора несколько прорезей, образующих в плане крест, двутавр, трилистник, звезд, замкнутый прямоугольник и т. д. Затем эти прорези с помощью бетонолитной верти­кально перемещающейся трубы заполняют бетонной смесьюДля лучшей сопротивляемости изгибу верхние участки глу­боких опор армируют каркасами, которые выпускают для со-единения с подземными конструкциями. Несущую способность глубоких опор оценивают как несущую способность свай, изго­товленных соответствующим методом.

 

 

127. Кессонные фундаменты. Сущность устройства фундаментов с помощью кессона заключается в отжатии подземных вод от места разработки грунта сжатым воздухом. Для этого на месте устройства фун­дамента делают кессон—большой ящик, перевернутый вверх дном (рис.). Кессон образует рабочую камеру, в которую могут опускаться рабочие и инженерный персонал. В рабочей камере по мере погружения ее в грунт повышают давление воздуха. Это давление уравновешивает давление подземных вод на данной глубине. Над рабочей камерой делают шахту, на которую сверху устанавливают шлюзовой аппарат. Все эти устройства герме­тизируют. Рабочие входят в шлюз, где давление постепенно повышают до имеющегося в рабочей камере. Применяют кессоны главным об­разом при наличии в грунте крупных включений или при необ­ходимости опирания фундамента на неровную поверхность скалы. Работы в кессоне максимально механизируют и даже авто­матизируют. Для разработки грунта часто применяют гидро­мониторы, а для его удаления наружу — эрлифты. После опускания кессона на проектную глубину рабочую камеру заполняют бетоном.

Рис. Схематичный разрез по кессону

1 - рабочая камера; 2 - кессон; 3 - надкессонная кладка; 4 - шлюзовый аппарат с двумя шлюзами; 5 - шахта; 6 - трубопровод для подачи воды в гидромонитор; 7 - эрлифт

 

128. Основные положения расчетов фундаментов глубокого заложения по предельным состояниям. 1. Расчет по условию прочности оснований фундаментов глубокого заложения, состоит в определении «критического» давления, соответствующего некоторой степени развития областей сдвигов. 2) Расчет по предельным осадкам должен осуществлятся с учетом наличия развивающихся под нагрузкой областей предельного состояния

129. Основные виды структурно-неустойчивых грунтов. К структурно неустойчивым грунтам относятся: - ил; - лёссовые просадочные; - озёрно-ледниковые; - насыпные; - намывные. Общие отличительные особенности данных грунтов:- высокая сжимаемость; - потеря структурной прочности под воздействием механических или физических процессов, происходящих в грунтах.

130. Свойства илов, заторфованныч грунтов и торфов, как оснований сооружений. Если же содержание органич-х в-в составляет 0,1…0,5, грунт относят к заторфованным, а при более 0,5 - к торфам. Торфы - очень пористые и влажные грунты. Объем пор, заполненных водой, в 4…12 и более раз больше объема твердого вещ-ва, поэтому торф обладает чрезвычайно большой сжимаемостью. Основной особенностью илов как оснований сооружений является их весьма малая несущая способность и весьма значительная сжимаемость, во много раз превосходящая сжимаемость чисто минеральных грунтов. Существенным процессом, возникающим в илистых грунтах при действии на них внешней нагрузки, явл-ся разрушение структурно-коллоидных связей с одновременным возникновением новых вследствие сближения мин-х частиц при уплотнении. Структурные связи в илах начинают разрушатся при относительно небольших нагрузках. однако лишь при некоторой вполне опред-ой величине внешнего давления разрушение их начинает происходить лавинно, причем прочность илистого грунта резко снижается. Если нагрузка на илистый грунт не удет превышать величины, при кот-ой происодит лавинное разрушение его структ-х связей, то илы и заторфованные грунты можно рассматривать как обладающие только сцеплением. При нагрузке меньшей предельной илы не выдавливаются из-под сооружения, а весьма медленно уплотняются, давая значительные осадки.

131. Строительство на илах. При строительстве на илах основным вопросом будет способ возведения фундамента. На устойчивость илов в высокой степени влияет скорость их загружения. На илы нельзя в короткие промежутки времени давать большие нагрузки, т.к. может возникнуть лавинное разрушение водно-коллоидных связей и произойдет просадка илов. Если же при медленном загружении будет превалировать процесс их упрочнения и уплотнения, то и на них вполне можно возводить капитальные сооружения. Необходимо так запроектировать организацию произв-ва строит-х работ, чтобы верхний слой ила получил бы на достаточно большой площади обжимающее давление, величина которого составляла бы некоторую долю от структурной прочности грунта. Такое давление можно, например, осуществить устройством песчаной подушки. Хороший результат по упрочнению и уплотнению илистых грунтов дает применение песчаных вертикальных дрен.

132. Строительство на заторфованных грунтах и торфах. Различают торфы открытые (залегающие с поверхности), совершенно неуплотненные и погребенные, имеющие сверху слои природных минеральных грунтов или техногенные отложения (насыпные грунты). Торфы могут быть использованы в качестве снований легких сооружений, в частности под полы, поэтому определение их физико-механических св-в при изыскаании необходимо. Погребенные заторфованные грунты иногда входят в ссостав основания. по содержанию органических в-в такие грунты подразделяют на: слабозаторфованные, среднезаторфованные, сильнозат-е. использование заторфованных грунтов в качестве осн-я возможно, когда толщина слоя грунта относительно одинакова и св-ва существенно не меняются по площади застройки. При проектировании фундаментов сооружений, возводимых на погребенных заторфованных грунтах и прослойках торфа, необходимо предусматривать более строгие меры, применяемые при строительстве на неравномерно сжимаемых грунтах, учитывая весьма большую сжимаемость заторфованных грунтов. К ним относятся: - разрезка зданий на отдельные жесткие отсеки, связанные ж/б замкнутыми по конуру поясами. - устройство осадочных швов в местах резкого изменения нагрузки на грунт в уровне фундаментов и перекрытий.