Зміцнення основ фундаментів

При недостатній несучій здатності грунтів основи виникає необхідність в їх зміцненні. Основні способи зміцнення (закріплення) основ будівель та споруд наступні: конструктивні, механічні, фізико-хімічні, спеціальні.

Конструктивний спосіб уключае таке: влаштування подушок (із піску чи місцевого зв'язного ґрунту); влаштування шпунтової огорожі; армування ґрунту; створення бокового привантаження; влаштування протифільтраційних завіс.

Шпунтова огорожа виконується, як правило, з металевого прокату спеціального профілю. її влаштування дає можливість підвищити несучу здатність слабкого ґрунту, що підстеляє фундамент (рис. 2.1, 2.2).

При цьому за рахунок бокового обтискання слабкого ґрунту невеликої товщини можна досягти поліпшення його опірності дії вертикальних навантажень.

Такий спосіб закріплення ґрунту може бути використаний також для забезпечення стійкості ґрунту як у середині приміщень рис. 2.2). так і назовні (рис. 2.3).

Протифільтраційні завіси споруджуються в місцях можливого підтоплення й там, де є ймовірність підняття ґрунтових вод через фільтрування її з водоймищ. Найбільш прогресивним на даний час способом виконання таких завіс є метод „стіна в ґрунті" (рис. 2.4).

Рис. 2.1. Шпунтова стіна в підвалі будівлі: 1 —існуючий фундамент; 2 —стінка із ста­левого профілю; 3 — поверх­ня ковзання при випиранні грунту із-під підошви фундаменту; 4-підлога підвалу	Рис. 2.2. Влаштування шпунтових стінок: 1 — стінка; 2 — існуючий фундамент; З — несучий шар (слабкий грунт); 4 — під­стилаючий шар (міцний грунт); 5 — цегляна стіна

Рис. 2.3. Влаштування шпунтових стінок назовні будівлі:1 —відмітка підошви фундаменту; 2—котлован поблизу будівлі, 3— відмітка дна котловану; 4 — поверхня ковзання; 5 — тріщини в стінах; 6 — шпунтова стіна	Рис. 2.4. Протифільтраційна завіса: 1 —фундаменти будівлі; 2—протифільтраційна завіса; 3, 4 — депресійна крива відповідно до та після влаштування завіси

Механічний спосіб підсилення ґрунтової основи полягає в ущільненні ґрунту. Це ущільнення може бути поверхневим, глибинним або у вигляді попереднього обтиснення.

Поверхове ущільнення звичайно проводиться укочуванням, вібруванням або трамбуванням грунту в зоні, що прилягає до фундаменту або інших підземних конструкцій. Для цього використовують різноманітні малогабаритні машини та устаткування. Оскільки роботи з ущільнення грунту в умовах реконструкції ускладнюються перешкодами на будівельному майданчику і ризиком пошкодження існуючих конструкцій, то такий спосіб, що супроводжується динамічним впливом, є мало ефективним.

При виконанні глибинного ущільнення можуть бути: влаштовані ґрунтові, шлакові, ґрунто-цементні чи вапняні палі; виконане глибинне віброущільнення, попереднє замочування ґрунту, попереднє замочування з підводними вибухами, глибинне гідроущільнення вибухами тощо.

Глибинний спосіб полягає в утворенні свердловин, у грунті за допомогою штампів. При цьому витиснутий грунт ущільнює грунт навколо свердловини. Потім свердловину заповнюють грунтом, піском або щебнем та ущільнюють їх. Заглиблення штампів здійснюється забиванням, вібруванням.

Найбільший ефект ущільнення грунту основи досягається при шаховому розміщенні свердловини. Свердловини можуть бути розташовані як вертикально, так і похило (рис. 2.5).

Рис.2.5. Глибинне ущільнення основ методом продавлювання свердловин: а — з вертикальним розміщенням свердловин; б — те ж, з похилим; в — те ж, з комбінованим; 1 — Існуючий фундамент; 2 — ґрунтова паля; 3 — зона ущільнення при одноразовому продавлюванні; 4 — те ж, при багаторазовому; 5 — неміцний грунт; 6 — міцний грунт

При заглибленні штампів потрібно виключити шкідливий вплив динамічних навантажень на існуючі поблизу будинки.

Попередній обтиск ґрунту також реалізується шляхом пониження ґрунтових вод (улаштування водозниження, дренажів), ущільнення зовнішнім привантаженням.

При фізико-хімічному закріпленні в ґрунт закачується ущільнюючий розчин: силікату натрію і (одно- чи двокомпонентний), цементний, бітумний, або ґрунт закріплюється при дії на нього електричного струму (електрохімічне закріплення та закріплення електро-осмосом) чи вогню (термічне підсилення).

Рішення про вибір способу фізико-хімічного закріплення ґрунту повинне прийматися на основі проведених вишукувань і лабораторного визначення фізико-механічних характеристик ґпунту. Основним питанням, яке при цьому необхідно визначити, є можливість просочування вибраного розчину в ґрунті.

Закачування розчинів (силікатного, цементного, бітуму, різних смол тощо) у ґрунт може проводитися як із поверхні (рис. 2.6), так і з попередньо споруджених колодязів (рис. 2.7).

У деяких випадках для укріплення грунтів доцільно використати ін'єкцію розчинів через заглиблені перфоровані труби. Ці розчини можна розділити на дві групи. Деякі з них вступають , в хімічну реакцію з грунтом і, тверднучи, покращують його механічні властивості (силікатні сполуки, їх похідні, органічні полімери тощо). Інші в хімічну реакцію не вступають а, проникаючи в грунт, заповнюють тріщини, пори (цементні, глиняні і бітумні розчини).

Під час електрохімічного закріплення ґрунту через нього за допомогою електродів (рис. 2.8) пропускається постійний струм. Цей струм викликає хімічні реакції в ґрунті внаслідок чого його фізико-механіч-ні характеристики поліпшуються. При відповідному обґрунтуванні методи електрохімічного закріплення та закачування розчину в ґрунт можуть застосовуватися в комплексі.

Метод термічного закріплення ґрунту полягає в дії на нього відкри­того вогню (рис. 2.9). Для цього попередньо проходять свердловини, а потім поступово в них занурюють форсунки з відкритим вогнем. Сила вогню та час дії його на ґрунт призначаються залежно від фізико-механічних характеристик останнього.

Рис. 2.6. Нагнітання розчину і в грунт основи через свердловини: . І — існуючий фундамент; 2 — : ін'ектори; 3 — грунт, то закріплюється; 4 — шланг для подачі і розчину	Рис. 2.7. Нагнітання розчину з колодязів: 1 — існуючий фундамент; 2— технологічні колодязі; 3 — ін'єктори, що занурюються з колодязя горизонтально; 4 — закріплений ґрунт
Рис. 2.8. Електрохімічне закріплення ґрунту: 1 — існуючий фундамент; 2 - ін'єктори-електроди(стрижні -електроди); 3 — закріплений масив грунту; 4 — чергове положення електродів	Рис. 2.9. Термічне закріплення грунтів: 1 — існуючий фундамент; 2— свердловина; 3 — форсунка з наконечником; 4 — полум’я; 5 - закріплений грунт; 6 – направлювана трубка для подачі палива

Глибинне ущільнення фундаментів виконується також за допомогою піщаних і частовлаштованих паль (рис.2.10, 2.11).