Глубинное уплотнение грунтовыми сваями
Глубинное уплотнение грунтов
Глубинное уплотнение производят на всю глубину слабого слоя или на всю глубину сжимаемой толщи, влияющей на осадку. Этот способ чаще всего применяется при уплотнении рыхлых мелких и пылеватых песков, в том числе с прослойками и линзами связных пылевато-глинистых грунтов и илов.
Глубинное динамическое уплотнение.Уплотнение рыхлых грунтов производят вибробулавами, взрывами, с помощью электроискровых импульсов и другими способами.
Вибробулавами уплотняют водонасыщенный песчаный грунт на глубину до 10 м. Если влажность недостаточна, в грунт по перфорированной трубе, погружаемой рядом с вибратором, подается вода (рисунок 3.4).
Глубинные водонасыщенные рыхлые песчаные грунты можно уплотнять при помощи камуфлетных взрывов зарядов аммонита весом 20–50 Н. Взрывы производят с 2–3-кратной повторностью. Другие методы еще не нашли широкого применения.
Устройство песчаных свай.Слабые глинистые грунты, рыхлые и слабые мелкие и пылеватые пески, в том числе с прослойками и линзами глинистых грунтов и илов, можно уплотнить песчаными сваями до глубины, на которой давление от сооружения становится допустимым для нижележащих слоев в их естественном состоянии.
| Рисунок 3.4 – Гидровиброуплотнитель для песчаных грунтов |
Песчаные сваи не являются прочными несущими стержнями, а являются лишь средством уплотнения и улучшения грунтов основания. Сваи в плане размещают в шахматном порядке (рисунок 3.5). На уплотненном основании фундамент возводят как на естественном. Порядок проектирования следующий:
1) определяют характеристики грунта по данным изысканий;
2) производят пробное уплотнение грунта и определяют коэффициент пористости е, модуль деформации Е и расчетное сопротивление R, испытывают основание штампом площадью не менее 4 м 2 . Среднее значение коэффициента пористости после уплотнения принимают: для песков мелких – 0,55–0,70, песков пылеватых – 0,60–0,75, суглинков и глин – 0,65–0,85;
3) определяют значение площади уплотненного основания
где l и b – соответственно длина и ширина фундамента, м.
Число рядов свай принимают не менее 3, при этом центры крайних рядов свай должны выступать за грани фундамента не менее чем на 1,5d (d – диаметр инвентарной трубы);
4) устанавливают расстояние L между сваями из условия, чтобы грунт приобрел проектную плотность во всем уплотняемом массиве:
где е и ес –коэффициенты пористости грунта соответственно до и после уплотнения;
5) определяют число свай:
где Ас и А – соответственно площадь уплотняемого основания и сечение сваи, м 2 .
Изготавливают песчаные сваи в инвентарных обсадных трубах (рисунок 3.6) диаметром 400–500 мм с закрывающимся башмаком в нижней части. Погружают инвентарные трубы в грунт свайными молотами или вибропогружателями. После погружения обсадной трубы ее заполняют песком на 1 м выше уплотняемой поверхности и заливают водой до уровня верха песка. Затем включают вибратор и постепенно поднимают обсадную трубу. При этом башмак раскрывается, и водонасыщенный песок под действием вибрации вытекает в скважину с одновременным уплотнением.
 |
Рисунок 3.6 – Оборудование для устройства песчаных свай: 1 – инвентарная труба; 2 – отверстие для засыпки песка; 3 – вибропогружатель; 4 – стальная труба; 5 – створки; 6 – кольцо
Рисунок 3.5 – Схема основания, уплотненного песчаными сваями
Уплотнение грунтов грунтовыми сваями.Грунтовые сваи применяются для уплотнения просадочных грунтов. Изготовление скважины осуществляется за счет вытеснения грунта в стороны при забивке инвентарной сваи. Такая свая состоит обычно из металлической трубы d = 273 мм и инвентарного башмака диаметром 300 мм. Заполнение скважины всегда производится местным грунтом оптимальной влажности с послойным уплотнением трамбовками массой до 3 т.
Обычно грунт становится непросадочным при плотности сухого грунта rd > 1,6 т/м 3 . Из-за сложности контроля за процессом уплотнения, в проектах предусматривают плотность сухого грунта до rd = 1,65–1,75 т/м 3 .
Ширина зоны уплотненного грунта в плане должна выступать за контур фундамента во все стороны не менее 0,1b, где b – ширина фундамента, но не менее 0,5 м. Тогда площадь уплотняемого основания, м 2 ,
где l и b – длина и ширина фундамента; – ширина полосы уплотненного грунта вокруг фундамента.
Для грунтов, у которых просадки проявляются при незначительных давлениях, принимают = 0,2b, а при II типе просадочной толщи – не менее 0,5 величины этой толщи.
Уплотнение просадочных грунтов замачиванием.Для уплотнения лессовых и лессовидных грунтов на площадке бурят скважины, которые засыпают песком, а в песок подают воду до тех пор, пока не произойдет замачивание грунта на всю глубину. Под действием собственного веса грунт в нижней части просадочной толщи постепенно уплотняется, теряя свои просадочные свойства (деградация грунта). Грунт в верхней части остается недоуплотненным, и выполняется его поверхностное уплотнение трамбованием. Возможно предварительное замачивание совместно с глубинными взрывами.
Уплотнение оснований грунтовыми сваями
Глубинное уплотнение просадочных грунтов грунтовыми сваями осуществляется путем устройства скважин с созданием вокруг них уплотненных зон и последующим заполнением скважин грунтом с уплотнением.
Глубинное уплотнение просадочных грунтов грунтовыми сваями выполняется с целью:
• устранения просадочных свойств грунтов в пределах просадочной толщи;
• создания в основании зданий и сооружений сплошного маловодопроницаемого экрана из уплотненного грунта;
• устройства противофильтрационных завес из уплотненного грунта.
Уплотнение грунтовыми сваями целесообразно применять при влажности просадочных грунтов, близкой к оптимальной, и степени влажности не более G ? 0,75, отсутствии слоев и прослоек плотных грунтов, песков, маловлажных супесей, линз переувлажненных грунтов со степенью влажности более G > 0,75, а также верховодки, при толщине просадочного слоя грунта от 10 до 24 м.
Параметры глубинного уплотнения просадочных грунтов грунтовыми сваями (количество, шаг, размеры свай и т. п.) должны назначаться из условия достижения требуемой плотности грунтов основания, при которой полностью устраняется просадка грунта от его собственного веса и от нагрузки, передаваемой фундаментами, а размеры уплотняемой площадки в плане – исходя из условия обеспечения несущей способности уплотненного массива и подстилающего его грунта при возможной просадке окружающего грунта природной структуры.
Диаметры скважин для грунтовых свай принимаются равными:
• при пробивке станками ударно-канатного бурения d = 0,5 м;
• при использовании энергии взрыва d = 0,4 м.
Скважины располагаются на расстоянии «l» (в осях), при котором уплотненные зоны смыкаются, образуя массив уплотненного грунта толщиной, превышающей на 2,5d глубину проходки скважин.
За счет частичного выпирания грунта верхняя часть уплотненного массива, называемого буферным слоем «hб», разуплотняется, поэтому перед закладкой фундаментов этот слой снимается или доуплотняется. Доуплотнение буферного слоя осуществляется тяжелыми трамбовками на глубину не менее 1,5 м.
Толщина буферного слоя принимается равной hб = Kб ? d, где Кб – коэффициент пропорциональности, принимаемый равным по опытным данным:
• для супесей Кб = 4;
• для суглинков Кб = 5;
Уплотнение грунтовыми сваями выполняется в котлованах размерами на 3,0 м большими в каждую сторону размеров уплотняемой площади. Отметка дна котлованов назначается с учетом последующей частичной срезки буферного слоя из расчета, чтобы оставшаяся толщина его не превышала 1,5 м. Частичная срезка буферного слоя производится с недобором на 20 см до отметки заложения фундаментов.
Площадь уплотняемого основания должна превышать площадь подошвы фундамента за счет полосы, выступающей за его пределы по периметру, на величину, равную:
• при I типе грунтовых условий по просадочности – 0,2b, но не менее 0,8 м, а для отдельно стоящих сооружений с высоким расположением центра тяжести (дымовые трубы, водонапорные башни и т. п.) – не менее 0,3b (где b – меньшая сторона прямоугольного или диаметр круглого фундамента);
• при II типе грунтовых условий по просадочности – не менее 0,2 Нпр (где Нпр – просадочная толща грунта).
Ширина уплотнения целых площадок принимается:
• при I типе грунтовых условий по просадочности – 0,2Ну (где Ну – глубина уплотнения);
• при II типе грунтовых условий по просадочности – не менее 0,5Нпр.
Грунтовые сваи в уплотняемом основании следует размещать в шахматном порядке – по вершинам равностороннего треугольника ( рис. 24 ).
Независимо от полученного по расчету числа грунтовых свай число рядов их по длине и ширине фундамента должно быть не менее трех. Первый ряд грунтовых свай располагается от границы уплотняемой площадки основания на расстоянии, равном 0,5l (где l – расстояние между осями грунтовых свай, определенное расчетом).
Во всех случаях число грунтовых свай непосредственно под фундаментами колонн здания или сооружения должно быть не менее восьми.
При уплотнении просадочных грунтов грунтовыми сваями средняя плотность грунта в уплотненном массиве, соответствующая объемному весу скелета грунта, должна составлять:
• на площадках с I типом грунтовых условий по просадочности – 1,65 тс/м3;
• на площадках со II типом грунтовых условий по просадочности в пределах верхнего слоя на глубину Ну/2—1,65 тс/м3, нижнего на глубину Ну/2—1,7 тс/м3.
При применении грунтовых свай в целях устройства противофильтрационной завесы средний объемный вес скелета грунта должен быть не менее 1,75 тс/м3.
Уплотнение грунтовыми сваями осуществляется:
• на площадках с I типом грунтовых условий по просадочности – в пределах всей глубины деформируемой зоны Идеф, а при Идеф > Нпр – в пределах всей величины просадочной толщи (Нпр);
• на площадках со II типом грунтовых условий по просадочности – на всю величину просадочной толщи (Hпр).
Отметка низа грунтовых свай принимается на 2,5d (где d – диаметр грунтовой сваи) выше глубины уплотнения.
Деформация оснований
Деформация оснований При строительстве зданий и сооружений деформация оснований, фундаментов и надфундаментных конструкций должна быть в пределах, при которых осуществляется нормальная эксплуатация объектов и отсутствуют недопустимые перемещения (садки, крены,
Уплотнение грунтов основания
Уплотнение грунтов основания Уплотнение грунтов основания выполняется: • трамбованием тяжелыми трамбовками для ликвидации просадочных свойств в верхней зоне просадочной толщи или дополнительного уплотнения недостаточно плотных, например, насыпных грунтов
Особенности устройства оснований зданий, возводимых на пучинистых грунтах
Особенности устройства оснований зданий, возводимых на пучинистых грунтах К пучинистым грунтам относятся мелкие и пылеватые пески, а также глинистые и крупнообломочные грунты с глинистым заполнением, если уровень грунтовых вод расположен на глубине, незначительно
Уплотнение оснований предварительным замачиванием
Уплотнение оснований предварительным замачиванием Уплотнение просадочных грунтов предварительным замачиванием происходит под действием их собственного веса в результате снижения прочности грунтов при их увлажнении.В процессе предварительного замачивания
Уплотнение окон
Уплотнение окон Окна не только обеспечивают доступ света и воздуха в помещение, но и помогают сохранять в нем тепло, защищают от проникновения пыли, а также выполняют звукоизолирующую функцию.Главный недостаток окон, которые неплотно закрываются – проникновение пыли в
Подготовка оснований
Подготовка оснований Чтобы определить ровность стены, воспользуйтесь деревянной рейкой. Проведя ею по стене, вы сразу заметите впадины, которые нужно будет выровнять цементным раствором, просушить и очистить от пыли и грязи, и бугры, которые нужно будет срубить. Для
Инструменты и подготовка оснований
Инструменты и подготовка оснований Для подготовки оснований под наклеивание линолеума, раскроя, нанесения мастики и для других целей необходим следующий инструмент: шпатели деревянные и стальные, нож для резки линолеума (раскроя) и обрезки кромок.Нож должен быть острым,
Возведение оснований и несущих конструкций дома
Возведение оснований и несущих конструкций дома Основания дома и других построек на участке возводятся с учетом ряда требований. Так, в ходе строительства и в расчетных условиях эксплуатации недопустимы разрушения и повреждения конструкций, которые влекут за собой
1.4. ПОДГОТОВКА ОСНОВАНИЙ
1.4. ПОДГОТОВКА ОСНОВАНИЙ В этом разделе рассказывается именно о подготовке основания, а не о подготовке самой строительной площадки.Подготовка основания — это та часть работы, которая относится к подготовке грунта быть основанием под будущим фундаментом.Подготовка
1.4.3. Уплотнение грунтов
1.4.3. Уплотнение грунтов Уплотнение грунта применяется для устройства грунтовых и песчаных подушек, устранения просадочных свойств макропористых грунтов, насыпных грунтов. Уплотнение ведется при создании определенной влажности. При песков и супесей на один кубометр
2.2. СВЯЗЬ КОНСТРУКЦИИ ФУНДАМЕНТА С ГРУНТОВЫМИ УСЛОВИЯМИ
2.2. СВЯЗЬ КОНСТРУКЦИИ ФУНДАМЕНТА С ГРУНТОВЫМИ УСЛОВИЯМИ Очевидно, что на конструкцию фундамента оказывают влияние инженерно–геологические и гидрогеологические условия, выбранная глубина заложения фундамента, наличие смежных строений.Рассмотрим, как и в какой степени
1.4.3. Уплотнение грунтов
Уплотнение грунта применяется для устройства грунтовых и песчаных подушек, устранения просадочных свойств макропористых грунтов, насыпных грунтов. Уплотнение ведется при создании определенной влажности. При песков и супесей на один кубометр грунта потребуется 100… 150 л воды, а на уплотнение суглинка или глины — 150…240 л. При излишней влажности грунта требуется устройство дренажа. В строительстве применяют различные виды уплотнения, каждый из которых может быть реализован несколькими способами.
Поверхностное уплотнение используют для устройства песчаных и грунтовых подушек, устранения просадочности макропористых и рыхлых песчаных и насыпных грунтов; оно может выполняться с применением различных механизированных средств (табл. 10).
Таблица 10. Методы поверхностного уплотнения грунта
При уплотнении грунта тяжелыми трамбовками массой от 1 до 10 т, их подъем и сбрасывание производится с помощью крана с высоты 4…8 м и более. Число ударов трамбовкой по одному следу — около 8…12 раз.
В некоторых случаях при уплотнении в зону трамбования подается щебень, кирпичный бой или фракции, полученные при переработке разрушенных бетонных конструкций.
Глубинное уплотнение может выполняться следующими способами:
— погружение вибратора на тросе с помощью крана (применяют для уплотнения грунтов на глубине от 1 до 10 м);
— погружение стержня, прикрепленного к вибратору (применяют для уплотнения грунтов до глубины 5…20 м);
— уплотнение взрывом (для уплотнения просадочных лёссовых грунтов);
— с помощью песчаных или грунтовых свай, создаваемых при заполнении скважин песком с послойным его уплотнением (для уплотнения макропористых просадочных грунтов, пылеватых и мелких песков, сильносжимаемых заторфованных грунтов).
Уплотнение грунтов основания
Уплотнение грунтов основания Уплотнение грунтов основания выполняется: • трамбованием тяжелыми трамбовками для ликвидации просадочных свойств в верхней зоне просадочной толщи или дополнительного уплотнения недостаточно плотных, например, насыпных грунтов
Способы предохранения грунтов, связанные с изменением их свойств
Способы предохранения грунтов, связанные с изменением их свойств Мероприятия, предохраняющие грунты от изменения их строительных свойств в процессе строительства и эксплуатации зданий и сооружений, а также от изменения нагрузок, против принятых в проекте включат в
Уплотнение оснований грунтовыми сваями
Уплотнение оснований грунтовыми сваями Глубинное уплотнение просадочных грунтов грунтовыми сваями осуществляется путем устройства скважин с созданием вокруг них уплотненных зон и последующим заполнением скважин грунтом с уплотнением.Глубинное уплотнение
Уплотнение оснований предварительным замачиванием
Уплотнение оснований предварительным замачиванием Уплотнение просадочных грунтов предварительным замачиванием происходит под действием их собственного веса в результате снижения прочности грунтов при их увлажнении.В процессе предварительного замачивания
Уплотнение окон
Уплотнение окон Окна не только обеспечивают доступ света и воздуха в помещение, но и помогают сохранять в нем тепло, защищают от проникновения пыли, а также выполняют звукоизолирующую функцию.Главный недостаток окон, которые неплотно закрываются – проникновение пыли в
1.4.4. Закрепление грунтов
1.4.4. Закрепление грунтов Для повышения несущей способности слабых грунтов применяют различные способы их закрепления, осуществление которых может выполняться строительны–ми организациями, оснащенными соответствующими механизмами и расходными
1.5. ДИНАМИКА ПУЧИНИСТЫХ ГРУНТОВ
1.5. ДИНАМИКА ПУЧИНИСТЫХ ГРУНТОВ Пучинистые явления — коварные и бесцеремонные. процессы, возникающие во влажных глинистых, мелкопесчаных и пылеватых грунтах при их сезонном промерзании. Не учитывать их нельзя, что понятно любому, даже слабо разбирающемуся в
Глубинное уплотнение грунтов
Глубинное уплотнение грунтов при надлежащем качестве работ позволяет эффективно обеспечить высокую плотность и малую деформативность мощных толщ слабых грунтов. Его производят на всю глубину слабого слоя или на всю глубину активной зоны, влияющей на осадку сооружений. Методы глубинного уплотнения для сыпучих и связных грунтов имеют свои отличия, обусловленные различной способностью реагировать на динамические воздействия.
Глубинное уплотнение грунтовыми сваями. Сущность этого способа заключается в устройстве на определенном расстоянии друг от друга скважин, которые затем заполняют грунтом с уплотнением. Для образования скважин применяют способы, при которых грунт не извлекается на поверхность, а вытесняется в окружающий массив, в результате чего происходит его уплотнение. Сами скважины, заполненные трамбованным грунтом, еще более повышают несущую способность основания.
Скважины для глубинного уплотнения грунтов устраивают также энергией взрыва, для чего в пробитую на всю глубину скважину-шпур диаметром 60–80 мм опускают цепной заряд из патронов взрывчатых веществ. После взрыва образуется скважина диаметром до 40 см. Затем её заполняют местным грунтом с оптимальной влажностью и уплотняют трамбовкой, в результате чего происходит дополнительное уплотнение грунта вокруг сваи.
При правильном подборе веса и расположения отдельных зарядов получается скважина равномерного диаметра по всей глубине, без каких либо горловин и трещин в уплотняемом массиве. При использовании энергии взрыва зона уплотнения распространяется на большее расстояние от оси скважины, чем при пробивке её снарядом. Кроме того, уплотнение массива грунта получается более равномерным.
Рыхлые мелкие и пылеватые пески, в том числе с прослойками и линзами супесей, суглинков, глин и илов уплотняют с помощью песчаных свай. В таких грунтах вертикальные стенки скважин не держатся, поэтому извлекать снаряд и забивать сваи песком надо одновременно. Для изготовления песчаных свай применяют инвентарные обсадные трубы диаметром 400–500 мм с самораскрывающимся башмаком (рис. 9.6), которые погружают вибропогружателем. При погружении трубы грунт вокруг сваи уплотняется. Затем трубу засыпают песком и одновременно заливают водой, после чего снова включают вибратор. Одновременно с подъёмом трубы наконечник под весом засыпанного грунта раскрывается, и песок заполняет скважину.
| Рис. 9.6 Оборудование для устройства песчаных свай а - схема установки, б - самораскрывающийся наконечник инвентарной трубы. 1- инвентарная труба, 2 - отверстие для загрузки песка, 3 - вибропогружатель, 4 - стальная труба, 5 - шарнирные створки, 6 - теряемое кольцо. |
Особенностью работы песчаных свай в водонасыщенных грунтах является то, что они работают как вертикальные дрены, ускоряя процесс уплотнения основания. Для увеличения радиуса и степени уплотнения грунта иногда применяют повторные погружения трубы в то же самое место и заполнение скважины песком.
Расчёты оснований, уплотнённых грунтовыми сваями, сводятся к установлению количества свай в основании сооружения и расстояний между ними. Грунтовые сваи, как правило, размещают в шахматном порядке в вершинах равносторонних треугольников (рис. 9.7), чем достигается наибольший эффект уплотнения. Расстояние t между осями свай назначают таким, чтобы получить нужную плотность грунта в межсвайном пространстве:
где ени еу- коэффициенты пористости природного и уплотнённого грунта.
| Рис 9.7 Схема расстановки грунтовых свай |
До начала основного производства работ по устройству грунтовых свай производится опытное уплотнение в отдельных скважинах с закладкой контрольных шурфов для отбора проб на плотность и влажность. Расчётное сопротивление оснований, уплотнённых грунтовыми сваями следует принимать по результатам штамповых испытаний.
После устройства грунтовых свай верхний недоуплотненный грунтовыми сваями слой грунта (буферный слой) либо срезают, либо доуплотняют поверхностным трамбованием. Фундаменты на уплотнённом основании возводят как на естественном.
К эффективным и нетрадиционным методам глубинного уплотнения грунтов следует отнести технологии, в которых используются пневмопробойники и раскатчики скважин. Эти машины просты, надежны, очень эффективны, обладают малой энергоемкостью, мобильностью, что позволяет вести работы в стеснённых условиях. Возможность проходки скважин разного диаметра и длины с различным их пространственным расположением обеспечивает эффективность технологии глубинного уплотнения грунта и позволяет оптимизировать этот процесс в зависимости от поставленной задачи, инженерно-геологических условий и условий производства работ.
Уплотнение грунтов пневмопробойниками. Пневмопробойник представляет собой снаряд с внутренним ударником, приводимым в действие подачей в него сжатого воздуха. Его отличительной особенностью является использование корпуса в качестве рабочего органа, образующего скважину путем радиального уплотнения грунта. Внедрение пневмопробойника в грунт происходит под действием ударов, наносимых ударником, движущимся внутри корпуса, по его переднему внутреннему торцу. Силы трения между наружной поверхностью корпуса и стенками скважины удерживают пневмопробойник от перемещения в обратном направлении под действием реактивных сил. Наличие осевой симметрии и значительная длина гарантируют сохранение заданного направления во время движения в грунте. Реверсивное устройство позволяет изменять направление ударов, а, следовательно, и направление движения пневмопробойника, то есть обеспечивает его возврат по скважине. Благодаря этому появляется возможность проходки «глухих» скважин любой пространственной ориентации. Использование разъёмного секционного расширителя позволяет примерно в 2 раза увеличить производительность работ по отношению к серийно выпускаемым пневмопробойникам за счёт ускорения извлечения его из грунта и одновременно повысить его долговечность за счёт уменьшения продолжительности работы в ударном режиме при обратном ходе. Для поддержания пневмопробойника при возвращении его из вертикальной или наклонной скважины используется тренога с ручной лебёдкой грузоподъемностью 500 кГ×с.
Технология глубинного уплотнения грунтов пневмопробойниками заключается в следующем. Пневмопробойник со стартового устройства запускается в работу и погружается в грунт (рис. 9.8), образуя скважину диаметром, равным диаметру снаряда, на нужную глубину (до 20 м). При этом вокруг скважины происходит радиальное уплотнение грунта.
Рис. 9.8 Технологическая схема глубинного уплотнения грунтов с применением пневмопробойника
а - первичная пробивка скважины, б и в - повторные проходки скважины,
г - стадия завершенных работ.
1 - пневмопробойник с расширителем, 2 - воздушный шланг, 3 - тренога с лебедкой; 4 и 5 - заполнитель первой и повторной засыпки,
6 - тощий литой бетон.
Реверсивным ходом пневмопробойник возвращается назад к устью скважины и извлекается из неё. Образовавшаяся скважина заполняется инертным материалом (местный грунт, песок, щебень, цементно-песчаная смесь, тощий бетон и т.д.) и проходка пневмопробойника повторяется. При этом заполнитель втрамбовывается в стенки скважины, вызывая дополнительное радиальное уплотнение грунта. Обычно делают не более 3-4 проходок. Большее количество проходок малоэффективно. После конечной проходки полость скважины заполняют местным грунтом или тощим бетоном с трамбованием. Радиус уплотненной зоны грунта с плотностью на её внешней границе rd= 1,6…1,65 т/м 3 составляет при этом 3-4 диаметра пневмопробойника. За пределами этой зоны плотность грунта постепенно снижается и на расстоянии 6–7 диаметров снаряда остается природной. Точность проходки скважин очень велика, отклонение от оси из-за неоднородности грунта при глубине скважины 5-7 м не превышает нескольких сантиметров.
Особенно эффективно применение пневмопробойников в стеснённых условиях городской застройки, а также в тех местах, куда доступ обычным машинам и механизмам затруднён: тоннели метрополитенов, откосы земляного полотна автомобильных и железных дорог, подвалы зданий, котлованы и т.д. Производительность процесса определяется скоростью проходки скважин, количеством проходок, продолжительностью операций по заполнению скважин материалами и извлечению пневмопробойника из скважины.
Препятствием к применению пневмопробойника являются сухие слабоуплотняемые песчаные и переувлажненные глинистые грунты. В таких грунтах силы сцепления корпуса пневмопробойника с ними недостаточно для реализации эффекта его самодвижения в грунте. Валуны, остатки строительного мусора или другие преграды, находящиеся в грунте и сопоставимые по размерам с диаметром пневмопробойника, могут явиться причиной его отклонения от заданного направления, замедления движения или полной его остановки. Еще одним препятствием к широкому использованию пневмопробойников на застроенных территориях являются довольно значительные динамические воздействия.
 |
Рис. 9.9 Раскатчики скважин
а) раскатчик РС-250 (диаметром 250 мм), б) то же с обратным конусом.
От перечисленных недостатков свободны раскатчики скважин. Термин раскатчик скважин используется для названия рабочего органа, который деформирует грунт катящимися по боковой поверхности скважины телами. Раскатчик скважин (рис. 9.9) представляет собой ряд установленных на эксцентриковом валу конических катков, оси которых смещены и развернуты так, что при вращении вала катки по винтовой траектории внедряются в грунт, обеспечивая самопродвижение раскатчика. В этом случае скважина образуется за счёт последовательного вытеснения грунта от её оси к переферии. Приводом для раскатчика скважин может служить любой буровой станок с гидравлической осевой подачей. Поскольку каждым катком в определённый момент времени создаётся значительное радиальное усилие на стенку скважины, то раскатчик может осуществлять проходку в грунтах, содержащих галечник, щебень и другие твёрдые включения размером до 1/3 диаметра раскатываемой скважины. Кроме того, дополнительное осевое усилие, передаваемое раскатчику от привода, способствует увеличению скорости проходки, позволяет его реверсировать, а также осуществлять раскатку в торфах, обводненных и пластичных грунтах, где использование пневмопробойников не возможно по условиям работы.
Использование раскатчиков скважин даёт ряд преимуществ по сравнению с пневмопробойниками, основными из которых являются:
- отсутствие шума и вибрационных воздействий на близкорасположенные здания и сооружения;
- высокие скорости проходки, достигающие в некоторых грунтах 1 м/мин.;
- низкая энергоёмкость процесса;
- высокая точность направления проходки.
Диаметр уплотнённой зоны вокруг скважины, полученной при раскатке скважин и степень уплотнения грунта в её пределах заметно выше, чем при использовании пневмопробойника.
Известковые сваи.Для глубинного уплотнения сильнозаторфованных и глинистых грунтов иногда применяют известковые сваи. Пробитые в таких грунтах скважины заполняются негашеной комовой известью послойно с трамбованием, как и при устройстве грунтовых свай. Дополнительное уплотнение грунтов при этом способе происходит так же за счёт того, что известь в процессе взаимодействия с водой увеличивается в объёме на 60-80%. Кроме того, при гашении извести происходит выделение большого количества тепла (температура достигает 120-160 о С), что ведёт к снижению влажности уплотняемого грунта. Под воздействием выделяемой теплоты и возникающих физико-химических процессов между известью и грунтом, грунт вокруг сваи дополнительно упрочняется.
Сами известковые сваи после взаимодействия с водой быстро упрочняются. Прочность на одноосное сжатие составляет 1,0-2,5 МПа.
Недостатком известковых свай по сравнению с песчаными является то, что после гашения они становятся практически водонепроницаемыми и не способствуют дренированию основания.
Уплотнение просадочных грунтов предварительным замачиваниемосновывается на их способности самоуплотняться при водонасыщении под действием собственного веса. Уплотнение происходит только на той глубине, где напряжения от собственного веса грунта превышают величину начального просадочного давления. В верхней части просадочной толщи грунт остается недоуплотненным, поэтому дополнительно производится его поверхностное уплотнение. Одновременно с повышением плотности грунтов повышаются их прочностные характеристики, и уменьшается сжимаемость. В целом уплотненный массив грунта становится более прочным и устойчивым.
Просадочные лёссовые грунты обычно замачиваются с поверхности котлована. Для удобства производства работ котлованы для замачивания разбиваются на отдельные карты. На дне котлована отсыпается дренирующий слой из песка или мелкого гравия толщиной 10 см. Для сокращения сроков уплотнения грунтов на площадке бурят скважины, засыпают их песком, а потом подают в котлован воду.
При уплотнении грунта замачиванием просадки проявляются и за пределами уплотняемой площадки, поэтому данный метод целесообразно применять только на вновь застраиваемых территориях. При необходимости выполнить уплотнение грунтов на застроенных территориях необходимо предусматривать мероприятия, исключающие замачивание грунтов в основании существующих зданий.
Для полного устранения просадочных свойств грунтов метод предварительного замачивания часто применяют в комплексе с другими методами, например с устройством грунтовых подушек, применением тяжелых трамбовок, использованием взрывчатых веществ и пр.
Уплотнение просадочных грунтов подводными взрывамизаключается в одновременном взрывании в водной среде зарядов взрывчатого вещества (ВВ), расположенных по определенной сетке на некотором расстоянии от уплотняемого основания. Слой воды ниже зарядов обеспечивает равномерную передачу ударного воздействия на грунт. Вода, перекрывающая заряды, служит для гашения энергии взрыва, направленной вверх.
Характер уплотнения грунтов в значительной мере определяется их коэффициентом водонасыщения. При водонасыщенном состоянии грунтов большая часть энергии ударной волны воспринимается поровой водой. Степень уплотнения неводонасыщенных грунтов практически полностью определяется сжимаемостью скелета грунта.
Основными параметрами проекта уплотнения грунтов подводными взрывами являются: размеры котлована в плане и его глубина; количество воды, необходимое для замачивания котлована на заданную глубину; глубина воды в котловане перед взрывом; схема размещения и вес зарядов; методы контроля качества и техники безопасности.
На площадках I типа грунтовых условий уплотнение грунтов рекомендуется выполнять подводными взрывами. В этом случае заряды ВВ устанавливаются в воде по сетке через 0,6-1,2 м на расстоянии 0,3-0,4 м от дна котлована. После взрыва уплотняется верхняя часть сжимаемой толщи на глубину до 4-х м.
На площадках со II типом заряды ВВ размещают в скважинах на глубине от 4-х до 12-ти метров. В этом случае происходит уплотнение грунта в нижней части основания. Верхний слой мощностью 2-6 м доуплотняют другими способами.
Уплотнение песчаных грунтов глубинной вибрацией. Рыхлые пески хорошо уплотняются глубинными вибраторами, используемыми для уплотнения бетонной смеси, если в процессе работы вибратора в песок закачивать воду. Включенный вибратор погружается в грунт под действием собственного веса (рис. 9.10.а). Рядом с ним опускается перфорированная труба для подачи в песок воды под давлением 0,4-0,5 МПа. По достижении вибратором необходимой глубины производят его медленный (в течение 10-15 мин) подъём с помощью крана или треноги с лебёдкой. Радиус уплотнения глубинными вибраторами составляет 0,7-0,8 м. При использовании обычной вибробулавы толщина уплотняемого слоя может достигать 10 м. Для увеличения радиуса и глубины уплотнения используют вибропогружатели специальной конструкции (рис. 9.10.б). Для ускорения работ на стрелу иногда навешивают куст из нескольких вибропогружателей.
| Рис. 9.10 Технологическая схема глубинного уплотнения грунтов глубинной вибрацией 1- трос, 2- граница уплотнения, 3- вибратор, 4- труба для подачи воды, 5- вибропогружатель, 6- трубчатая штанга, 7- ребра. |
Размещают проходки вибратора по треугольной сетке, аналогично пробивке скважин под грунтовые сваи. Расстояние между точками уточняют по данным опытного уплотнения.
Уплотнение грунтов понижением уровня подземных водцелесообразно осуществлять в слабых грунтах, способных отдавать воду (илы, ленточные глины, заторфованные супеси и др.). Понижение поземных вод производят путём откачки воды через иглофильтры. При понижении уровня грунтовых вод за счёт снятия взвешивающего давления воды напряжения в скелете грунта существенно возрастают. В случае длительно действующих откачек это приводит к уплотнению слабых грунтов.
Уплотнение грунтов статической нагрузкой с вертикальным дренированиемвыполняют в слабых водонасыщенных глинистых грунтах, находящихся в текучем и текучепластичном состоянии, илах, торфах. Эти грунты обладают малой водопроницаемостью. Поэтому для уплотнения таких грунтов применяют комбинированный метод, заключающийся в устройстве в толще слабого грунта вертикальных дрен с одновременным нагружением его поверхности статической нагрузкой, роль которой играет грунтовая насыпь. В результате приложенной нагрузки в поровой воде возникает напор, а дрены сокращают пути фильтрации отжимаемой воды. Для обеспечения беспрепятственного отвода отжатой воды на поверхности грунта (под насыпью) устраивают пластовый дренаж (песчаную подсыпку) сообщающийся с дренами (рис. 9.11). Размеры насыпи назначают с таким расчетом, чтобы давление по её подошве превышало давление, передаваемое на слабый грунт проектируемым сооружением.
Рис. 9.11 Технологическая схема уплотнения грунтов статической нагрузкой с вертикальным дренированием
1 - слабый грунт, 2 - дрена, 3 - песчаный пластовый дренаж, 4 - насыпь, 5 - прочный грунт.
Песчаные дрены изготавливают аналогично песчаным сваям, но располагают значительно реже. В последние годы появилось много синтетических инвентарных дрен различной конструкции. Их погружают специальными машинами.
Недостатком глубинного уплотнения статическими нагрузками с вертикальным дренированием является потребность в больших объёмах грунта для отсыпки насыпей, которые после завершения уплотнения приходится частично убирать.
Глубинное уплотнение грунтов.
Для уплотнения водонасыщенных песков применяют глубинное вибрирование.
В грунт с помощью крана погружается вибратор типа булава или несколько вибробулав установленных на специальной раме.
Под действием вибрации, песок частично разжижается а затем уплотняется. Несущая способность уплотненного грунта увеличивается в несколько раз. Если песок недостаточно увлажнен, его увлажняют до полного водонасыщения для того чтобы снизить внутреннее трение. Образующиеся вокруг вибратора воронки заполняют чистым крупным или среднезернистым песком. Радиус действия вибробулавы зависит от её мощности и составляют от 80 см до 1,5 метра. Пылеватые пески и просадочные лессовые грунты уплотняют методом камуфляжных взрывов. В пробуренные скважины закладывают заряды взрывчатых веществ (ВВ). Грунт после взрыва уплотняется и оседает от 0,5 до 1 метра.
Верхний слой грунта толщиной от 2 до 6 метров уплотняется недостаточно и его уплотняют другими методами
2.глубинное уплотнение грунтовыми или песчаными сваями
Песчаные сваи устраивают для уплотнения водонасыщенных рыхлых песчаных грунтов, мелких и пылеватых песков, а также песчаных грунтов с прослойками суглинков, глин или илов. Песчаные сваи в водонасыщенных грунтах работают как вертикальные дрены, ускоряя процесс уплотнения таких грунтов. Для устройства песчаных свай в грунт на заданную глубину с помощью вибратора погружают обсодную трубу, имеющую на конце элементарный самораскрывающийся башмак, трубу засыпают песком и одновременно заливают водой до полного водонасыщения песка. Послойно уплотняют песок вибратором и поднимают трубу. В начале подъема элементарный башмак раскрывается и песок начинает поступать в грунт.
В ходе забивания трубы и трамбования песка вокруг сваи образуется зона уплотненного грунта. Сваи устанавливают таким образом чтобы зоны уплотненного грунта соседних свай пересекались.
Грунтовые сваи используют для просадочных лессовых грунтов. Грунтовые сваи изготавливаются аналогично песчаным, но заполняются не песком, а уплотненным местным грунтом оптимальной влажности. Лессовые грунты способны в сухом виде держать значительный вертикальный откос, поэтому можно устраивать грунтовую сваю без обсадной трубы.
Известковые и грунтоцементные сваи. Технология изготовления известковых свай сходна с технологией устройства песчаных и грунтовых свай. Разница заключается в том, что скважины заполняют уплотненной негашеной известью, которая при гашении увеличивается в объеме в два-пять раз, что приводит к дополнительному уплотнению грунта вокруг сваи. Под воздействием теплоты выделяемой при гашении известью и возникающих физико-химических процессов между известью и грунтом, грунт вокруг сваи спекается и уплотняется (упрочняется), но известковые сваи имеют недостаток – после гашения они становятся водонепроницаемыми и не способствуют дренированию основания. Грунтоцементные сваи устраивают буросмесительным способом (цемент и его суспензию вводят в грунт буросмесителем, который одновременно размельчает лопостями грунт и равномерно перемешивает его с цементной суспензией скважины). Предел прочности на сжатие цемено-грунта в сваях зависят от свойств грунтов и количества цемента, как правило составляет несколько МПа. При применении цементо-грунтовых свай в зоне промерзания необходимо предварительно провести испытания на морозостойкость свай, которая зависит от свойств грунтов в данном слое грунта.
Слабые грунты (илы, заторфованные супеси, ленточные фундаменты), способные отдавать воду из пор, можно уплотнить понижая уровень грунта вод.
Понижая уровень, добивается смятия взвешивающего действия воды.
Объемный вес грунта, увеличивается и под действием этой дополнительной нагрузки происходит уплотнение грунта.
Читайте также: