Лекция 8. Геотехнический контроль в процессе производства работ при уплотнении грунтов

Способы уплотнения грунтов

Механизированное уплотнение грунтов осуществляется укаткой, трамбованием, вибрированием и гидровиброутлотнением, а также комбинированным способом, предусматривающим возможность сочетания различных уплотняющих механических воздействий на грунт или совмещение уплотнения грунта с другими процессами, выполняемыми при производстве земляных работ.

Для уплотнения грунтов три строительстве земляных сооружений или при обратной засыпке котлованов, траншей и других сооружений применяются следующие типы машин: катки кулачковые, решетчатые, на пневматических шинах и вибрационные, а также машины трамбующие и виброуплотняющие, установки гидровиброуплотнения и трамбовки.

Послойное уплотнение грунта ходовыми частями пневмоколесных землеройно-транспортных машин и транспортных средств при возможности обеспечения соответствующей организации работ может выполняться как основное средство уплотнения грунта.

Уплотнение грунта гусеничными машинами не обеспечивает установленных норм объемной массы скелета грунта, поэтому их нельзя применять в качестве уплотняющих средств.

Опытное уплотнение грунтов

Перед началом производства уплотнения грунта надлежит обязательно производить опытное уплотнение в производственных условиях с применением выбранных грунтоуплотняющих машин для уточнения:

а) толщины уплотняемого слоя;

б) количества проходов (ударов) уплотняющих средств по одному следу;

в) оптимальной влажности грунта.

Опытное уплотнение грунта должно производиться для каждого вида грунта, используемого в сооружении, и для каждого типа применяемых грунтоуплотняющих средств.

Опытное уплотнение грунта производят на площадке, выбранной в стороне от возводимого земляного сооружения или на участке насыпи.

Основание опытной площадки должно быть спланировано и уплотнено до объемной массы скелета грунта не ниже принятой в проекте сооружения Отсыпаемый грунт до начала опытного уплотнения должен быть в рыхлом спланированном состоянии и одинаковой толщины.

Перед началам опытного уплотнения производится пробное уплотнение грунта методом стандартного уплотнения и построение кривой зависимости объемной массы скелета грунта от влажности. Полученные значения влажности принимаются за исходные при опытном уплотнении. Толщина уплотняемых слоев, количество проходов (ударов) уплотняющих средств и оптимальная влажность определяются на опытном участке.

В тех случаях когда невозможно выполнить стандартное уплотнение, в качестве первого приближения значение влажности па опытном участке принимается: для связных грунтов — влажность, соответствующая границе раскатывания, для несзязных—влажность, соответствующая 6—8%.

Оптимальная влажность определяется опытной укаткой ври следующих значениях промежуточной влажности:

а) в связных грунтах

W₁=W_р-4%; W₂=W_р-2%; W₃=W_р; W₄=W_р+2% (5.1)

где W_р— влажность, соответствующая границе раскатывания;

б) в несвязных прунтах

W₁=W-2%; W₂=W-1%; W₃=W; W₄=W+1% (5.2)

где W— влажность, соответствующая 6—8%.

Размеры опытной площадки (рис. 5.1) рекомендуются следующие: ширина 12—15м, разделенная на три ряда с различной толщиной слоя (h₁, h₂ и h₃); длина 40м, разбиваемая на секции по10м. Каждой секции придается различная влажность грунта (W₁, W₂, W₃, W₄ ). Толщину уплотняемого слоя грунта в рыхлом состоянии три проведении опытного уплотнения для применяемого типа грунтоуплотняющих средств рекомендуется назначать по табл. 5.1.

Укатка грунта при принятых значениях влажности производится одновременно на всех секциях опытной площадки.

Рис. 5.I. Схема опытной площадки 1 — въезды - съезды на опытную площадку;

2 —точки отбора проб грунта

 

После доведения количества проходов (ударов) грунтоуплотняющей машины до наименьшего значения указанных в табл. 7.1 из уплотненного слоя грунта берутся пробы на объемную массу и влажность. Последующее взятие проб грунта производится» после каждого значения проходов (ударов) грунтоуплотняющих машин, указанного в той же таблице.Пробы уплотненного грунта берутся во всех рядах каждой секции из трех точек. Если грунт, используемый для возведения земляного сооружении, обладает малой влажностью (то сравнению с рекомендуемой), производится дополнительное его увлажнение.

Если в местах разработки грунт залегает с повышенной влажностью, то прежде чем проводить опытное уплотнение его, целесообразно проследить испарение влаги из грунта по времени. С этой целью исследуемый грунт отсыпается на небольшой площадке (4—6м²) слоем принятой толщины. В зависимости от температуры воздуха, свойств и влажности грунта через определенные промежутки времени (от 30 мин до 2ч) из середины слоя (по высоте и в плане) берутся пробы на влажность и определяют изменение влажности по времени. Подсушивание грунта может быть ускорено перепахиванием или боронованием.

 

Ориентировочные значения толщины уплотняемого слоя (в рыхлом состоянии) и числа проходов уплотняющих машин по одному следу

Таблица 5.1

Наименование уплотняющих машин	Толщина уплотняемого слоя (в рыхлом) состоянии h, см	Количество проходов (ударов)
грунты связные	грунты несвязные	грунты связные	грунты несвязные
Кулачковый каток 5т типа Д-130Б.....................................	20-25-30	—	8-10-12-14	—
Кулачковый каток 9т типа Д-614 (ДУ-26)........................	30-55-40	—	6-8-10-12	—
Кулачковый каток 17т типа Д-630 (ДУ-32)........................	45-52-60	—	8-10-12-14	—
Кулачковый каток 29т типа Д-220 (ДУ-3)...........................	70-77-85	—	6-8-10-12	—
Моторный каток 8-13т типа Д-211Б, Д-399А (ДУ-8А)	-	20-25-30	-	6-8-10-12
Каток на пневмошинах 12-15т типа Д-625 (ДУ-30)	20-25-30	30-35-40	6-8-10-12	4-6-8-10
Каток на пневмошинах 25т типа ДСК-1, Д-263 (ДУ-4), Д-703 (ДУ-39)	45-52-60	50-60-70	6-8-10-12	4-6-8-10
Каток на пневмошинах 35т типа Д-515А	50-60-70	60-67-75	5-7-9-11	3-5-7-9
Каток на пневмошинах весом 50т	50-60-70	65-75-85	6-8-10-12	4-6-8-10
Решетчатый каток 25-30т типа ЗУР-25	50-60-70	60-72-85	6-8-10-12	3-5-7-9
Самоходный каток 16-18т типа Д-627 (ДУ-31, ДУ-32)	35-45-55	45-57-70	6-8-10-12	4-6-8-10
Самоходный каток на пневмошинах 30-35т типа Д-624 (ДУ-29)	60-67-75	60-75-90	6-8-10-12	4-6-8-10
Трамбовочная машина типа УМТС-2 и Д-471Б (ДУ-12Б)	60-70-80	75-87-100	1-2-3-4	1-2-3-4
Трамбовочная плита весом 2т (площадью 0,9...1,2м^2) при высоте падения 2м	110-125-140	140-155-170	3-5-7-9	2-4-6-8
Вибрационный каток 3т типа Д-480 (ДУ-14)	35-42-50	50-60-70	4-5-6-7	3-4-5-6
Вибрационный каток 4т типа Д-613А (ДУ-25А)	30-37-45	45-57-70	4-5-6-7	3-4-5-6
Вибрационный каток 8т типа Д-634	35-42-50	50-60-70	6-8-10-12	4-6-8-10

Примечания: 1. Рекомендуемые в таблице величины являются ориентировочными и уточняются в каждом случае в зависимости от требований проекта.

2. В скобках указаны установленные индексы уплотняющих машин, выпущенных до 1972г.

Опытное уплотнение грунта методом трамбования производится так же и в той же последовательности, как и опытная укатка грунта. При проведении опытного уплотнения трамбующими плитами необходимо установить наиболее целесообразную высоту падения плиты.

Опытное уплотнение трамбующими плитами целесообразно осуществлять не по всей длине опытной площадки, а по очереди, на секциях с одинаковой влажностью. Каждая секция разбивается на поперечные полосы, которые уплотняются разным количеством ударов (табл. 5.1) по одному следу, с отбором трех проб из каждой полосы каждого ряда.

Наиболее оптимальные условия уплотнения грунта вибрационными машинами также предварительно устанавливаются опытным уплотнением, которое проводится три различных значениях толщины уплотняемого слоя, влажности грунта и времени работы машины на одном месте.

Опытное уплотнение грунта вибрационными машинами в основном производится так же, как и опытное уплотнение грунта методом укатки.

Результаты опытного уплотнения для каждого слоя грунта, фиксируемые в журнале, изображаются графически в виде кривых зависимости получаемой объемной массы скелета грунта от влажности W (рис. 5.1).

Для каждого уплотняемого слоя hстроятся кривые γ_ск =f(W) при различном количестве проходов (ударов, времени вибрирования) п.

Через все построенные серии кривых проводится горизонтальная линия с ординатой, равной проектной объемной массе скелета грунта. Достижение запроектированной объемной массы скелета грунта при некотором значении высоты слоя возможно только при количестве проходов (ударов, времени вибрирования) и влажности грунта, которые соответствуют участкам кривых, расположенным выше горизонтальной прямой проектной объемной массы скелета грунта.

Рис. 5.2. Зависимость объемной массы Рис. 5.3. Схема размещения штырей

скелета грунта от влажности по данным для определения величины отказа

опытного уплотнения при постоянной 1 —место отбора монолитов;

толщине слоя и различном количестве 2 —контрольный шурф 1х2м, глубиной

числа проходов (ударов) по одному следу 3м для отбора монолитов уплотненного

и неуплотненного грунта; d_тр— диаметр трамбовки

 

Сопоставление результатов различных способов уплотнения, обеспечивающих достижение заданной объемной массы скелета грунта, позволяет выбрать такие значения h, п и W, при которых уплотнение грунта при данных конкретных условиях будет наиболее целесообразным.

7.19. До начала работ по опытному уплотнению грунтов с не­нарушенной структурой тяжелыми трамбовками для определения его природной влажности на глубину не менее 2,5м ниже дна опытного котлована производится проходка скважины или шурфа, из которых образцы грунта отбираются не реже чем через 0,5м по глубине.

7.20. Опытное поверхностное уплотнение грунта тяжелыми трамбовками выполняется в целях:

а) определения величины понижения поверхности дна котлована от каждого удара и уточнения величины отказа и недобора, указанных в проекте;

б) установления необходимого количества ударов для уплотнения грунта до отказа в зависимости от массы и высоты падения трамбовки.

7.21. Количество пунктов для проведения опытного уплотнения назначается в зависимости от грунтовых условий участка.

Если участок сложен однородным грунтом, уплотнение (производится в одном пункте. В том случае когда участок в отдельных местах сложен различными грунтами или однородными грунтами различной природной влажности, уплотнение производится в пределах залегания каждой разновидности грунта в отдельности.

7.22. Ширина котлована для опытного уплотнения должна быть не менее 1,5 диаметра, а длина — не менее 4 диаметров рабочей поверхности применяемой трамбовки.

Отметка дна опытного котлована назначается с учетом величины недобора.

7.23. Для наблюдения за изменением отметки дна опытного котлована забиваются металлические штыри диаметром 20—25мм, длиной 250—400мм заподлицо с поверхностью дна котлована согласно схеме, приведенной на рис. 7.3.

Каждому штырю присваивается порядковый номер (I, II, Ш и т. д.).

7.24. После забивки штырей производится их нивелирование от­носительно репера.

Первоначальный отсчет заносится -в журнал трамбования.

7.25. Трамбование ведется до момента, когда понижение головок штырей по данным нивелирования от последних ударов будет оставаться практически неизменным, т. е. до получения отказа.

(В процессе трамбования нивелирование штырей производится через один-два удара по всей трамбуемой площади. Отсчеты заносятся в журнал наблюдений.

7.26. После окончания опытного уплотнения открывается конт­рольный шурф размером в плане 1х2м и глубиной не менее 3м, из которого через каждые 0,05м по глубине отбираются монолиты (пробы) грунта. Размещение шурфа в плане производится с таким расчетом, чтобы иметь возможность отбирать монолиты уплотненного и неуплотненного грунта на одном и том же горизонте.

8.1. Качество уплотнения массива просадочных грунтов в основании зданий и сооружений грунтовыми сваями контролируется лабораторным определением объемной массы скелета уплотненного грунта но образцам, отобранным из шурфов на отметке заложения фундаментов а также проверкой расстояния между осями грунтовых свай на поверхности буферного слоя и на отметке заложения фундамента.

По согласованию с заказчиком и проектной организацией качество уплотнения грунта допускается определять другими проверенными современными методами (зондированием, с помощью радиоактивного излучения н т. п.).

8.2. При уплотнении грунта грунтовыми сваями допускаются следующие отклонения от проекта:

а) расстояние между грунтовыми сваями в крайних рядах не должно отклоняться от проектного более чем на величину половины диаметра свай;

б) глубина уплотнения не должна отклоняться от проектной более чем на 0,5м.

8.3. Среднее значение объемной массы скелета просадочното грунта, уплотняемого грунтовыми сваями, определяется как средняя взвешенная объемных масс скелета грунта отобранных образцов по отношению к площади уплотнения.

Уплотнение считается удовлетворительным, если выдержаны все нижеперечисленные условия:

а) среднее значение объемной массы скелета грунта отклоняется в сторону уменьшения не более 0,02т/м³ от предусмотренного проектом;

б) объемная масса скелета грунта каждого из трех образцов, отобранных из середины между двумя сваями, должна быть не менее заданной проектом;

в) фактические расстояния между осями свай и фактическое расположение осей свай, находящихся непосредственно под фундаментами, не должны отличаться от предусмотренных проектом более чем на 0,4 проектного диаметра свай.

8.4. При получении результатов, не удовлетворяющих требованиям тш. 8.3а и 8.3б, производится отрывка второго шурфа и повторное определение объемной массы скелета грунта.

В этом случае, так же как и при невыполнении требований п. 6.3в, проектная организация принимает соответствующее решение о необходимости дополнительного уплотнения проверенного участка работ.

8.5. Контрольные наблюдения за разработкой грунта в резерве, выемке и карьере имеют целью установить пригодность его для возведения данного сооружения.

Для ведения контрольных наблюдений за разработкой грунта в карьере контрольный пост или полевая лаборатория должны располагать планом, геологическими разрезами и необходимыми геотехническими характеристиками грунтов карьера с указанием участка разработки, а также проектом производства работ разработки карьера.

 

Рис. 8.1. Схема отбора образцов грунта из основания, уплотненного грунтовыми сваями

А, Б, В — грунтовые сваи; I — VI и /— 21 — места отбора образцов

уплотненного грунта

8.6. В состав контрольных наблюдений за разработкой грунта в карьере входят наблюдение за плановым положенном забоя и размещением его в пределах участка, предусмотренного проектом, а также наблюдение за правильностью разработки проектной толщи грунта.

8.7. В случае разработки грунта в карьере на участках, не предусмотренных проектом, или поступления на сооружение грунта, не соответствующего данным проекта, работники контрольного поста или полевой лаборатории обязаны немедленно поставить об этом в известность производителя работ.

8.8. Перед началом разработки резерва, выемки и карьера необходимо контролировать объемную массу, влажность, гранулометрический состав, содержание водорастворимых солей и органических веществ и проверять их в забое через каждые 4—5 дней в течение всего времени разработки, а также при каждом изменении состава грунта. Результаты контроля заносятся в журнал.

 

Методы отбора проб

9.1. Основным критерием, определяющим качество выполненных земляных работ по возведению насыпей, земляных плотин из однородного материала и обратных засыпок, является достижение проектной объемной массы скелета уложенного грунта.

При возведении земляных сооружений из песчаных и гравийно-галечниковых грунтов к основным контрольным характеристикам относится также и гранулометрический состав грунта.

9.2. Пробы грунта должны отбираться равномерно по всему возводимому сооружению как в плане, так и по высоте, чтобы была обеспечена проверка достижения проектной объемной массы скелета всех слоев грунта в разных частях сооружения, а также и в местах, где можно ожидать пониженную объемную массу скелета грунта.

9.3. При отборе проб сотрудниками лаборатории и контрольного поста заполняется полевая книжка.

9.4. Если грунт доуплотнялся и отбирались повторные пробы, то в «Журнал итоговых данных» вносятся результаты, полученные после отбора повторных проб.

9.5. Взятие проб грунта, разрабатываемого и уложенного в возводимое сооружение, производится следующими основными методами:

а) для глинистых и песчаных грунтов — отбором проб грунта с ненарушенной структурой металлическими цилиндрами;

б) для гравийно-галечниковых грунтов и мелкого песка с включением крупных фракций — отбором проб с нарушенной структурой из шурфика с последующим замером его объема.

9.6. Количество отбираемых проб при вертикальной планировке и обратных засыпках, исключая гидротехнические сооружения, ориентировочно принимается из расчета одна проба на 300м³ уложенного грунта:

а) на насыпях вертикальной планировки пробы отбираются в шахматном порядке через 20—40м;

б) при обратной засыпке траншей пробы берутся по ее оси;

в) в обратных засыпках пазух пробы отбирают на расстоянии не более 0,2м от граней сооружений.

9.7. Для определения состава и объемной массы скелета грунтов, уплотненных тяжелыми трамбовками оснований возводимых земляных сооружений, отбор проб производится из шурфов на глубине 0,5м и более по сетке, определяемой по месту и в зависимости от литологической разности пород. При однородных грунтах отбор проб производится с каждого угла всех квадратов со стороной 50—100м, а при неоднородных грунтах отбираются пробы дополнительно со всех участков с различными грунтами.

9.8. Для отбора проб при поверхностном уплотнении грунтов тяжелыми трамбовками в основаниях зданий и сооружений отрывается шурф размером в плане 0,7х1,5м, глубиной 2м. Образцы отбираются через 0,5м по глубине шурфа.

9.9. При уплотнении оснований на просадочных грунтах грунтовыми сваями количество шурфов для отбора образцов грунта назначают из расчета не менее одного шурфа на 300м² основания.

Места проходки шурфов назначаются в местах установки фун­даментов, резервуаров, бассейнов, отстойников и пр. по согласованию с заказчиком.

Размер шурфа в плане должен обеспечить вскрытие трех смежных грунтовых свай.

Образцы грунта отбирают в пределах всей полосы по треугольнику между тремя грунтовыми сваями. Между смежными сваями через равные промежутки, начиная от края сваи, отбирается по семь образцов и по два образца из тела грунтовой сваи (см. рис. 7.4).

9.10. При устройстве песчаных подушек, являющихся искусственным основанием под фундаменты зданий, особое внимание должно уделяться уплотнению теска в углах котлована или траншеи.

Пробы из песчаной подушки отбираются через каждые 0,5м то глубине под углами зданий и через 8—12м вдоль осей стен или рядов колонн.

 

Лекция 9. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРОИЗВОДСТВУ РАБОТ НА ПЛОЩАДКАХ, СЛОЖЕННЫХ ПРОСАДОЧНЫМИ ГРУНТАМИ

5.4.1. Проект организации строительных работ должен разрабатываться с учетом особенностей просадочных грунтов и дополнительно включать:

данные о грунтовых условиях площадки (участка) с указанием возможности просадки от собственного веса и оседания (искривления) земной поверхности для разработки мероприятий по предотвращению замачивания грунтов основания;

указания о возможной просадке основания на отдельных участках здания или на строительной площадке под действием местной нагрузки при замачивании основания (в местах складирования грузов, материалов, изделий, оборудования и т. п.).

совмещенный со схемой напластований просадочных грунтов генеральный план строительства, с указанием уровня подземных вод;

проект вертикальной планировки площадки объекта с указанием путей отвода поверхностных вод (атмосферных, талых, аварийных и др.), также вод в соседних (примыкающих) площадок и т. п.;

план расположения наружных водонесущих сетей и сооружений с указанием задвижек и запорных устройств.

5.4.2. При выполнении строительных работ по усилению оснований или конструкций фундаментов следует предусматривать:

комплексные водозащитные мероприятия, обеспечивающие отвод поверхностных вод с территории (площадки), на которой ведутся работы, исключать их скопление вблизи открытых котлованов и траншей;

размещение участков складирования материалов, изделий, оборудования и т. п. таким образом, чтобы они не преграждали путей естественного стока поверхностных вод в канализацию или в специально отведенные водоприемные (водосборные) устройства.

5.4.3. Не разрешается оставлять открытыми котлованы и траншеи во время дождей и снеготаяния. При невозможности избежать этого и для продолжения работ следует предусматривать мероприятия по откачке воды со дна котлованов (траншей), не допуская ее скопления и фильтрации в грунт.

5.4.4. На протяжении всего периода строительных работ по усилению оснований и (или) фундаментов, находящихся под нагрузкой от вышележащих конструкций здания, следует вести инструментальные геодезические наблюдения за осадками конструкций объекта. С этой целью необходимо использовать заранее установленные репера и осадочные марки.

Наблюдения следует вести начиная с момента вскрытия существующих фундаментов и по мере выполнения работ по их усилению.

5.4.5. Если в процессе работ по усилению фундаментов и (или) их оснований будут обнаружены их дополнительные (нарастающие) осадки или недопустимые деформации (трещины в плитах, разрывы бетона, перекосы и т. п.), а также деформации в наземных конструкциях, работы по усилению должны быть прекращены. При этом следует организовать ежедневные геодезические наблюдения и замеры осадок.

Работы могут быть возобновлены через 3—5 суток после выявления и ликвидации причин, вызвавших осадки, и после их стабилизации.

5.4.6. В тех случаях, когда возникшие неравномерные осадки фундаментов (п. 5.4.5) угрожают устойчивости или прочности конструкций здания или вызывают опасность их обрушения, следует устанавливать временные поддерживающие опоры и крепления.

Разборка временных опор и креплений допускается через 1,5— 2 месяца после стабилизации осадок фундаментов и прекращения дальнейшего развития деформаций в наземных конструкциях.

5.4.7. После окончания работ по усилению фундаментов и (или) их оснований, а также по мере окончания работ на отдельных участках объекта, следует производить обратную засыпку котлованов (траншей) с послойным уплотнением пазух между их откосами и конструкциями фундамента.

5.4.8. Во время производства работ по устройству свай усиления при случайном (аварийном) замачивании грунтов основания на отдельном участке здания, где подводка свай еще не выполнена, могут возникать недопустимые неравномерности осадок фундаментов по отношению к той части объекта, где подводка свай уже завершена.

При больших объемах работ по устройству свай усиления и длительности во времени (то есть при невозможности одновременного выполнения работ под всем объектом) следует устраивать временные усиления наземных конструкций объекта с помощью накладных бандажей, поясов, связей, закладки оконных и (или) дверных проемов, стальных обойм на столбах и простенках, подводки дублирующих элементов перекрытий или покрытий и т. п.

После завершения работ по устройству свай усиления под всем объектом и стабилизации осадок временные усиления демонтируются.

5.4.9. Все обнаруженные в процессе работ по усилению оснований и фундаментов осадки и другие деформации подземных и наземных конструкций объекта усиления должны быть зарегистрированы и детально описаны. Записи должны содержать данные геодезических наблюдений в течение всего периода работ по усилению, сопровождаться актированием обнаруженных деформаций и повреждений (осадок, кренов, трещин, разрывов и т. п.) с фотографической фиксацией и указанием дат составления актов и выполнения фотографий.