Механическое поверхностное уплотнение грунтов. Уплотнение грунта понижением уровня подземных вод. Физико-химическое закрепление грунтов.

1. Механическое поверхностное уплотнение грунтов.

Рассмотрим методы поверхностного (механического) уплотнения грунтов.

1.1. Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками.

Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками получило большое распространение для ликвидации, например, просадочных свойств грунтов.

Применение трамбовок массой 5…7 т, которые сбрасываются с высоты 6…8 м, позволяет уплотнить основание на глубину 2,5…3,5 м.

Схема уплотнения тяжелыми трамбовками грунтовой подушки под фундаменты на слабых грунтах показана на рис.8.

Устройство грунтовой подушки под фундаменты на слабых грунтах с уплотнением тяжелыми трамбовками.
Устройство грунтовой подушки под фундаменты на слабых грунтах с уплотнением тяжелыми трамбовками

1- ось проходки экскаватора; 2- полоса перекрытия проходки трамбования; 3- место стоянки экскаватора при проходке трамбовки грунта; 4- подвесная трамбовка.

В настоящее время данным методом уплотняют грунты на глубину до 6…10 м.

Уплотнение грунта ведётся участками. Число ударов "по следу" принимается из условия уплотнения основания до "отказа" - это соответствует числу ударов, начиная с которого приращение понижения трамбуемой поверхности происходит на одну и ту же величину.

Значение "отказа" уточняется на строительной площадке опытным трамбованием.

При необходимости уплотнения дна котлована глубина его разрабатывается с недобором на величину понижения поверхности при трамбовании Dh, которая устанавливается при опытном уплотнении.

После окончания процесса трамбования разрыхленный верхний слой толщиной от 7 до 10 см следует доуплотнить либо легкими ударами трамбовки, сбрасываемой с высоты 0,5…1 м, либо катками - при больших площадях трамбуемой поверхности.

 

1.2. Уплотнение грунтов катками.

Уплотнение грунтов катками, лёгкими трамбовками и другими механизмами и транспортными средствами выполняют при оптимальной влажности грунта.

Уплотнение ведут до определённой степени плотности, где максимальная плотность сухого грунта, получена из опыта стандартного уплотнения.

Если грунты, подлежащие уплотнению, имеют влажность меньше нормативной, то их доувлажняют, например котлован перед уплотнением замачивают расчётным количеством воды.

 

1.3. Вибротрамбование виброкатками.

Вибротрамбование выполняется самоходными виброкатками при фронте работ, достаточном для их маневрирования и разворота, а самопередвигающиеся виброплиты (рис.9) и вибротрамбовки используют, как правило, в стесненных условиях.

Уплотнение вибротрамбовками грунтовой подушки под фундаменты на слабых грунтах показано на рис.9.

Уплотнение вибротрамбовками грунтовой подушки под фундаменты на слабых грунтах.
Уплотнение вибротрамбовками грунтовой подушки под фундаменты на слабых грунтах

I- вибрирование на месте; II- движение вперед; III- движение назад.
1- плита трамбовочная; 2- вибратор трамбовки; 3- сила трамбования грунта при проходке трамбовки.

При конструктивно улучшенных основаниях (например, устройством песчаных или грунтовых подушек, отсыпок, армировании насыпного грунта и т.п.), а также при механическом поверхностном уплотнении грунтов следует учитывать, что наибольший эффект уплотнения достигается при влажности их, близкой к оптимальной.

В табл.3 даны пределы оптимальной влажности и плотности сухого уплотненного грунта в зависимости от вида основания.

Таблица 3. Оптимальная влажности и плотности утрамбованного грунта.

п/пВид грунтаДиапазоны
оптимальной влажности, %плотности сухого уплотненного грунта, т/м³
1234
1Песчаный8…121,75…1,95
2Супесчаный9…151,65…1,85
3Пылеватый14…231,6…1,82
4Суглинистый:**
5- тяжелый15…221,6…1,8
6- пылеватый17…231,58…1,78
7Глинистый18…251,55…1,75

Эффективность уплотнения грунтов зависит от равномерной толщины отсыпаемых слоев, например при устройстве грунтовых подушек, обратных засыпках пазух и т.п.

После уплотнения грунтов прочностные характеристики и модуль деформаций их принимаются, как правило, по результатам испытаний.

Более сложные виды трамбования под объекты промышленного назначения рассматривать в данном разделе сайта не будем.

Однако хочу обратить ваше внимание ещё на один метод уплотнения грунта понижением уровня подземных вод. Ниже рассмотрим методы уплотнения грунтов предварительным обжатием.

 

2. Уплотнение грунта понижением уровня подземных вод.

Уплотнение грунта понижением уровня подземных вод целесообразно осуществлять в слабых грунтах.

Понижение подземных вод производят путём откачки воды через иглофильтры (рис.10).

Уплотнение слабых грунтов понижением уровня грунтовых вод.
Уплотнение слабых грунтов понижением уровня грунтовых вод

1- коллектор сбора грунтовых вод насосом; 2- гибкий шланг коллектора; 3- надфильтровая труба; 4- фильтр отсоса грунтовой воды.

Из скважин непрерывно откачивают воду и уровень подземных вод оказывается ниже дна котлована, что позволяет вести строительство в осушенном котловане.

Схема уплотнения грунта понижением уровня грунтовых вод иглофильтрами в котлованах под фундаменты показана на рис.11.

Схема уплотнения грунтов в котлованах под фундаменты понижением грунтовых вод иглофильтрами.
Схема уплотнения грунтов в котлованах под фундаменты понижением грунтовых вод иглофильтрами

А- сеть иглофильтров; Б- ширина котлована; Н- глубина котлована; В- уровень грунтовых вод;
1- котлован под фундаменты; 2- иглофильтры; 3- коллектор; 4- насос; 5- депрессивная кривая понижения грунтовых вод.

При необходимости глубокого водопонижения при котлованном способе работ иглофильтры устанавливают в несколько ярусов.

Схема уплотнения грунта понижением грунтовых вод иглофильтрами в два яруса в котлованах под фундаменты показана на рис.12.

Уплотнение грунтов в котлованах понижением уровня грунтовых вод иглофильтрами в два яруса.
Уплотнение грунтов в котлованах понижением уровня грунтовых вод иглофильтрами в два яруса

А- сеть иглофильтров; Б- ширина котлована; Н- глубина котлована; В- уровень грунтовых вод.
1- котлован; 2- иглофильтры; 3- коллектор; 5- депрессивная кривая понижения грунтовых вод.

Глинистые слабо фильтрующиеся грунты, как правило, плохо "отдают" воду, поэтому при их уплотнении прибегают к электроосмосу.

Для этого в грунт по контуру котлована (рис.13 поз.1) погружают две взаимно перпендикулярные сети электродов и пропускают через них электрический ток (рис.13 поз.М).

Иглофильтры с коллектором (рис.13 поз.2) образуют сеть электродов - катодов.

Анодами же являются стержни (рис.13 поз.6), погружаемые в грунт с внутренней стороны котлована на расстоянии, равном примерно 0,8 м от иглофильтров (рис.13 поз.А).

Схема осушения от грунтовых вод котлована под фундаменты с помощью электроосмоса показана на рис.13.

Схема осушения котлована с помощью электроосмоса.
Схема осушения котлована с помощью электроосмоса

А- сеть иглофильтров; Н- глубина котлована; В- уровень грунтовых вод; М- мотор-генератор.
1- котлован; 2- коллектор с иглофильтрами образует сеть электродов-катодов; 3- сеть электродов-анодов; 4- насос; 5- депрессивная кривая понижения грунтовых вод; 6- арматурные стержни-катоды.

При пропускании электрического тока по сети паровая вода концентрируется у катодов и откачивается насосом (рис.13 поз.4), что позволяет вести разработку котлована в обычных необводненных условиях.

 

2.1. Уплотнение грунтов пригрузкой.

Уплотнение грунтов пригрузкой с устройством вертикальных дрен выполняют при слабых водонасыщенных илах, глинах и суглинках, находящихся в текучем и текучепластичном состоянии, а также торфах. Перечисленные грунтовые отложения обладают малой водопроницаемостью.

Роль пригрузки выполняет насыпь, а вертикальные дрены ускоряют процесс уплотнения.

В настоящее время кроме песчаных дрен нашли применение дрены из специального пористого картона, а также пластмассовые ленты в бумажном корпусе.

Ранее отмечалось, что с ростом объёмов и темпов строительства, повышением требований к устойчивости грунтов особое значение приобретает решение такой сложной проблемы, как целенаправленное искусственное изменение оснований зданий и сооружений в нужную для человека сторону.

 

3. Физико-химическое закрепление грунтов.

Особая роль при этом отводится закреплению грунтов. Рассмотрим методы закрепления грунтов.

При этом отметим, что если при методах механического уплотнения за счёт уменьшения коэффициента пористости грунта происходила "переупаковка" (сближение) частиц, то при закреплении грунтов твёрдые частицы, как правило, не меняют своего положения. Но между ними возникают прочные связи за счёт инъекций различных химических растворов (иногда и с применением электрического тока) в грунты в условиях их естественного залегания.

 

3.1. Цементация грунтов.

Цементация грунтов - представляет собой заполнение пустот, трещин, крупных пор в крупнообломочных грунтах цементным или цементно-глинистым раствором, который со временем образует твёрдый цементный или цементно-глинистый камень.

Широк диапазон применения данного метода:

  • при укреплении оснований под здания и сооружения (при капитальном строительстве и при реконструкции);
  • при создании противофильтрационных завес;
  • для придания водонепроницаемости породам при устройстве шахт, тоннелей и т.п.

Однако цементация, например, скальных пород возможна, если ширина трещин в скале превышает 0,15…0,2 мм, а скорость подземных вод не более 0,25 см/с. При этом цементный раствор нагнетают в пробуренные скважины, который, заполняя трещины и пустоты в скале, после твердения придаёт ей монолитность и уменьшает её водопроницаемость.

При закреплении песчаных грунтов цементный раствор нагнетают через инъекторы. В результате поочередного нагнетания, например, в песчаный грунт любой влажности через перфорированную трубу (инъектор) цементного раствора - грунт прочно закрепляется и приобретает водоустойчивость.

Ниже кратко остановимся на двух инъекционных методах закрепления скальных пород - глинизации и битумизации.

 

 

3.1.1. Глинизация грунтов.

Глинизацию (так же, как и цементацию) применяют только при небольших скоростях движения подземных вод во избежание уноса раствора из тампонируемой зоны.

В качестве тампонажного раствора используют чистый глинистый раствор плотностью р=1,2…1,3 г/см³.

При повышении давления (до 2МПа и более) вода из этого раствора отжимается, а обезвоженное глинистое тесто заполняет пустоты и придает породе водонепроницаемость.

 

3.1.2. Битумизация грунтов.

Битумизацию применяют при больших скоростях фильтрации в трещиноватых скальных и полускальных породах, т.е. в условиях, когда исключается применение цементации и глинизации.

 

3.1.2.1. Способ горячей битумизации грунтов.

Способ горячей битумизации состоит в том, что расплавленный битум нагнетается через пробуренные скважины и. остывая в породе, придает ей водонепроницаемость.

Недостатком способа является выдавливание битума из трещин при длительном действии напорных подземных вод. Поэтому метод применяется редко как в гидротехническом, так и в гражданском строительстве.

 

3.1.2.2. Способ холодной битумизации грунтов.

Способ холодной битумизации нашел применение для закрепления песчаных грунтов с коэффициентом фильтрации от 10 до 50 м/сут и в основном для придания им водонепроницаемости. Способ заключается в нагнетании в закрепляемый грунт битумной эмульсии.

В связи с тем, что технология приготовления битумной эмульсии значительно сложнее технологии приготовления растворов для силикатизации и смолизации, способ холодной битумизации широкого распространения не получил.

Более сложные и трудозатратные способы укрепления грунта под объекты промышленного и гражданского назначения в данном разделе сайта не рассматриваются.

Пока всё. Удачи!

Ссылка на нормы и стандарты

При производстве работ по возведению фундаментов следует руководствоваться СНиП 3.03.01-87 и СНиП 3.04.01-87.

При определении глубины заложения фундамента руководствуются п.2.25 СНиП 2.02.01-83 "Основания зданий и сооружений" и проектом на строительство, разработанным проектным институтом.