Характеристика глинистых грунтов

Содержание частиц по массе, %

Песчаных размером 2,0—0,05

Пылеватых

размером

0,05—0,005

—

Более 50—крупнее 0,25 Менее 50—крупнее 0,25

Больше,

чем

песчаных

—

Больше, чем пылеватых

То же

Больше

песчаных

—

—

—

Больше

песчаных

—

Больше, чем пылеватых

Таблица 3.4

Гранистых

размером

0,005

3—6 6—10 3—10

10—20 20—30 10—20 20—30

30—40

30—40

40—60

Более 60

обретает текучесть (плывун). Плотный песок без примеси глины, пыли и ила является надежным основанием. Слабые грунты в основаниях мо­гут быть упрочнены (искусственные основания).

Применяются следующие способы упрочнения грунтов:

• уплотнение грунта путем укатки, трамбования;

• цементация грунтов (нагнетание в грунт цементного молока);

• силикатизация (пропитка грунта жидким стеклом);

• битумизация (нагнетание в грунт битумных эмульсий). Искусственные основания можно создавать путем замены слабого

грунта на более прочный.

При устройстве фундаментов в сухом прочном грунте котлованы разрабатываются без крепления стенок. Крутизна откосов стенок котло­вана зависит от вида грунта, стенки могут быть вертикальными или на­клонными. Котлованы с наклонными стенками требуют больших объе­мов земляных работ, но не нуждаются в креплении. Крутизна откосов при сроке пребывания котлованов не засыпанными не более 15 дней в супесях 1:0,67 и 1:1, в суглинках 1:0,67 и 1:0,75, в глинах 1:0,5 и 1:0,7, в скалах 1:1. Крепление котлованов глубиной до 5 м выполняется по ти­повым проектам с применением инвентарных крепежных деталей, а при глубине более 5 м — по индивидуальным проектам (рис. 3.5).

В супесчаных, лёссовых и водоносных грунтах, когда уровень грун­товых вод стоит выше подошвы фундамента, фундамент сооружается под защитой деревянного или металлического шпунтового ограждения (рис. 3.6). Деревянное шпунтовое ограждение устраивается из брусьев толщиной 10—12 см или из досок толщиной 4—8 см, забиваемых в грунт в виде сплошной по периметру котлована стенки. Брусья или дос­ки шпунтового ограждения — шпунтины — обрабатываются по кром­кам так, чтобы каждый брус (доска) имел с одной стороны гребень, а с другой — паз. Для обеспечения правильного расположения шпунтин устанавливаются маячные сваи во всех углах шпунтового ограждения на расстоянии 2,5—4 м друг от друга. При большой глубине котлована шпунтовые стенки укрепляются распорками. Шпунт забивается на 1—2 м глубже дна котлована.

Металлический шпунт является более современным средством для ограждения котлована. Металлические шпунтины плоского и корытно-го профиля имеют по продольным кромкам замки для соединения их между собой. Они могут иметь длину 12—25 м, что позволяет забивать их на большую глубину. Для фундаментов, сооружаемых в постоянном

Рис. 3.5. Виды котлованов и их ограждений: а — ступенчатый фундамент в сухом котловане без крепления; б — котлован, стенки которого имеют крепление распорки; в — крепление котлована с помо­щью распорок в шпунтовом ограждении; г — фундамент в котловане, защи­щенном грунтовыми перемычками; д — котлован в шпунтовом ограждении, укрепленном грунтовой перемычкой; е — котлован, защищенный грунтовыми перемычками; 1 — стена котлована в виде естественного откоса грунта; 2 — за­кладные доски; 3 — стойка; 4 — распорки; 5 — маячная свая; 6 — шпунтовая стенка; 7 — направляющие схватки; 8 — земляная перемычка; 9 — заполнение грунтом; 10 — котлован; УГЦ — уровень грунтовых вод

шпунтовом ограждении, должны быть предусмотрены меры по засыпке и уплотнению грунта в пазухах котлована. Фундаменты мелкого зало­жения, как правило, имеют прямоугольные очертания в плане. В слабых грунтах фундаментам придается ступенчатая форма для получения наи­большей площади подошвы фундамента.

Рис. 3.6. Шпунтовые ограждения: а — деревянная шпунтовая стенка; б — деталь сопряжения деревянных шпунтин; в — плоский металлический шпунт; г — металлический шпунт корытного типа; 1 — маячная свая; 2 — направляющая; 3 — шпунтины

Свайные фундаменты

Свайные фундаменты применяют при слабых грунтах основания, при достаточно глубоком залегании прочных грунтов, а также на мест­ности, покрытой водой. По характеру работы сваи делятся на два вида: сваи-стойки, работающие на сжатие, и висячие сваи (сваи трения), пе­редающие нагрузку за счет трения боковых поверхностей свай о грунт (рис. 3.7). По виду материала сваи бывают: деревянные, железобетон­ные, стальные, фунтовые, комбини­рованные и др. По способу погру­жения различают сваи: забивные, камуфлетные, буровые, винтовые, набивные (рис. 3.8). По расположе­нию относительно горизонта сваи подразделяются на вертикальные и наклонные.

Свайный фундамент состоит из Рис. 3.7. Виды сваи по характеру

отдельных свай и объединяющей их работы:

поверху монолитной бетонной или а — сваи-стойки; б — висячие

железобетонной плиты — роствер- сваи; 1 — тело опоры; 2 — рост-

ка. Ростверком называется плита, ^{верк; 3 — сваи; 4 — слабые грунты;}
служащая для равномерного рас- ^{5 — прочные грунты}

Рис. 3.8. Различные виды свай:

а — деревянные одиночные; б — деревянные составные; в — металлические из

двутавров; г — из труб; д — железобетонные массивные; е — пустотелые;

ж, з — трубожелезобетонные с уширениями; и — винтовые

пределения давления на сваи. По расположению относительно поверх­ности грунта свайные ростверки бывают низкие и высокие (рис. 3.9). Если подошва плиты заглублена в грунт, свайный ростверк называется низким. Если подошва плиты расположена выше поверхности грунта, ростверк называется высоким. Размеры плиты (ростверка) определяют­ся условиями размещения необходимого числа свай, способных воспри­нять нагрузку на опоры. Сваи размещаются в ряд или в шахматном по­рядке. Наибольшее распространение получили бетонные ростверки, в

которые заделываются головы свай (железобетонные или деревянные).

Рис. 3.9. Свайный ростверк: а — низкий; б — высокий в воде; в — высокий в насыпи

Толщина плиты ростверка опреде­ляется расчетом, но не менее 0,5 м. Высокие свайные ростверки приме­няются при глубине воды в реке не менее 3 м, когда работы по устрой­ству открытого котлована осложнены условиями водоотлива или когда вес кладки фундамента, приходящийся на единицу площади основания, превос­ходит допускаемое напряжение на грунт. Бетонирование ростверка осу­ществляется в опалубке, подвешенной к головкам свай.

Деревянные сваи изготавливают из круглого леса хвойных пород (рис. 3.10). Бревна для свай (прямые и ровные) должны быть диаметром 24—36 см. Ствол должен быть очищен от коры и сучьев, влажность не ограничивается. Нижний конец сваи заостряется в виде трех- или четы­рехгранной пирамиды, с вершиной, лежащей на оси сваи; острие при­тупляется. При забивке свай в гравелистые грунты свая оснащается стальным башмаком, плотно прижатым к острию сваи, и пришивается к ней гвоздями. На голову сваи одевается кольцо (бугель) из полосового железа или наголовник соответствующего очертания для предохране­ния древесины от размочаливания при ударах по ней молотом.

Объединенные между собой 3 или 4 сваи, стянутые болтами, образу­ют свайный пакет. Обычная длина свай 6—12 м. При большей глубине забивки сваи наращиваются либо в полдерева, либо впритык с металли­ческим штырем и накладками, либо с применением отрезка металли­ческой трубы (стакана).

Рис. 3.10. Конструкция деревянных свай: а — с заострением; б — с металлическим башмаком; в, г — пакетные сваи

Железобетонные сваи по сравнению с деревянными обладают рядом преимуществ. Железобетонные монолитные сваи изготавливаются квадратного сечения от 25×25 до 40×40 см. Длина железобетонных свай составляет от 6 до 24 м, градация длин через 2 м. Сваи армируются про-

дольными стержнями и хомутами. Диаметр продольных стержней арма­туры в зависимости от сечения и длины сваи варьируется от 18 до 25 мм. Нижний конец сваи выполняется в виде башмака, к которому при­вариваются собранные в пучок продольные арматурные стержни. Го­ловная часть сваи, воспринимающая удары молота или вибрационное воздействие, усиливается несколькими рядами арматурных сеток. Для строповки при транспортировании и погружении в грунт в теле сваи в трех местах по длине оставляются взаимно перпендикулярные отвер­стия диаметром 25—30 мм. На заводах и полигонах изготавливают сваи из предварительно напряженного железобетона, которые более прочны и экономичны по сравнению со сваями из обычного железобетона.

Специальные виды свай. В строительстве мостов применяются спе­циальные виды свай и оболочек глубокого заложения. Работают они как сваи-стойки, которые передают давление своими нижними концами на прочную породу или имеют внизу уширения, распределяющие давле­ние на большую площадь.

Из различных специальных видов свай, применяемых в строитель­стве мостов, наибольший интерес представляют буровые сваи и железо­бетонные цилиндрические оболочки.

Для устройства буровых свай сначала пробуривается в грунте сква­жина, которая затем заполняется бетоном. Буровые сваи можно считать одной из разновидностей свай-столбов. Бурение скважин в зависимости от свойств грунта может осуществляться без обсадных труб или с ис­пользованием обсадных труб. Скважины без обсадных труб заполняют­ся специальным глинистым раствором, препятствующим обрушению стенок. В этих случаях бетон подается вниз по трубе, постепенно вытес­няя глинистый раствор. При бурении с обсадными трубами их извлека­ют по мере бетонирования. Бетонная смесь укладывается слоями тол­щиной 1—1,5 м с трамбованием. При необходимости армирования сваи арматурный каркас опускают в скважину до ее бетонирования. Имею­щееся буровое оборудование позволяет разрабатывать скважины диа­метром в несколько метров и глубиной до 100 м и более, обеспечивая большую производительность работ.

Железобетонные цилиндрические оболочки состоят из отдельных ци­линдрических звеньев длиной по 6—12 м, изготовленных методом цен­трифугирования или бетонирования с виброуплотнением. Для получения оболочки нужной длины звенья соединяются до или в процессе по­гружения. Оболочки погружаются с открытым нижним концом. Звенья

соединяются между собой болтами или сварными стыками. Оболочки погружаются вибропогружателями. Из внутреннего пространства обо­лочки грунт извлекается и после погружения заполняется бетоном пол­ностью или, при больших диаметрах оболочек, частично.

Буровые сваи с уширенным основанием состоят из буровой колонны (штанги), снабженной внизу долотом и специальными механизмами с раскрывающимися ножами (рис. 3.11). При бурении стенки скважины укрепляются против обрушения нагнетанием в нее глинистого раствора. По достижении проектной отметки ножи раскрываются и, вращаясь, образуют уширение в нижней части скважины. По окончании бурения ножи складываются и извлекаются из скважины. В скважину опускает­ся арматурный каркас и производится заполнение бетоном.

При устройстве камуфлетных свай стальная или железобетонная обо­лочка погружается до необходимой глубины, затем в нижнюю ее часть погружается заряд взрывчатого вещества с электродетонатором оболочка заполняется пластичным бетоном, и затем заряд взрывается. Простран­ство, освободившееся взрывом у острия сваи, заполняется бетоном, ко­торый сползает под действием собственного веса. В результате на конце

Рис. 3.11. Буровые сваи и оболочки: а — буровая свая с обсадной трубой; б — буровая свая без обсадной трубы; в — железобетонная оболочка; г — железобетонная оболочка, частично запол­ненная бетоном; 1 — обсадная труба; 2 — трамбовка; 3 — уложенный в скважину бетон; 4 — глинистый раствор; 5 — глинизированная стенка скважи­ны; 6 — труба для подачи бетонной смеси в скважину; 7 — стык звеньев; 8 — скальный грунт; 9 — буровая скважина; 10 — частичное заполне­ние бетоном

сваи образуется грушевидное уширение, монолитно связанное с ее стер­жнем и распределяющее давление на грунт.

Винтовые сваи состоят из металлического ствола с винтовой лопас­тью на конце, служащей для погружения (ввинчивания) сваи в грунт. Ствол представляет собой трубу диаметром 40—60 см. Погружение сваи производится с помощью механизма — кабестана, который одева­ется на голову сваи. После достижения заданной отметки из полого ствола сваи извлекается грунт и ствол заполняется бетоном.