Инженерные методы преобразования строительных свойств оснований

1. общие положения

Уплотнение грунта

Закрепление грунта

Замена слабых грунтов

1.

В последнее время все чаще для строительства используются площадки со сложными слабыми грунтами.

К ним относятся:

- вечно-мерзлые

- засоленные

- просадочные

- набухающие

И т.д.

Особое место занимают насыпные грунты.

Некоторые из указанных грунтов в природном состоянии имеют не высокую несущую способность и повышенную сжимаемость.

При замачивании водой некоторые грунты ухудшают свои свойства.

Недооценка этих явлений может привести к неравномерным осадкам или просадкам, а в худшем к потери устойчивости основания.

В практике строительства бывает экономически целесообразным не прорезать фундаментами значительную толщу слабых грунтов, а использовать их в качестве оснований предврительно повысив их несущую способность и уменьшив сжимаемость и просадочность.

В практике фундаметнтостроения используют следующие методы повышения несущей способности грунтов:

- уплотнение

- закрепление

- замена слабых грунтов.

2.

Уплотнение грунтов представляет собой механическое сближение частиц грунта, в результате которого уменьшается его пористость и повышается несущая способность. Различают поверхностное уплотнение грунтов на глубину до 2,5 м и глубинное на глубину до 12 м и более.

Поверхностное уплотнение

Производиться укаткой, тромбованием, виброционными механизмами, подводными взрывами.

Грунт

Этот метод используется при послойном возведении грунтовых подушек, планировки насыпей и земляных сооружений. Уплотнение укаткой производят самоходными прицепными катками. За 1 проход катка грунт уплотняется до 20 см; при многократном уплотнении до 60 см. этим способом уплотняют супеси, суглинки, глины.

Тромбование производят чугунными или жб тромбовками, массой до 3,5 т в форме усеченного конуса с диаметром в основании 1-2 м, которое с помощью крана сбрасывают с высоты 5-10 м. этим способом хорошо уплотняются насыпные, песчаные и сильно сжимаемые глинистые и песовидные грунты. С помощью тромбования грунт уплотняется до 2,5 м. Несущая способность грунта повышается на 30% за смену можно уплотнить от 100 до 150 м² площади основания.

Глубинное уплотнение

Производиться с помощью свай песчаных, грунтовых и известковых. С их помощью грунт уплотняется в радиусе 2-х м на глубину 12 м. Уплотнение грунтовыми сваями производится в следующем порядке: скважины заполняют грунтом с последующим уплотнением за счет увеличения плотности грунта в сваях и межсвайном пространстве несущая способность связных грунтов повышается до 40%, а несвязных в 1,5-2 раза.

Уплотнение подводным взрывом

Суть метода заключается в использовании энергии взрыва, производимого в водной среде для разрушения структуры и уплотнении грунта. Водная среда, с одной стороны, обеспечивает более равномерное распределение уплотняющего взрывного воздействия по поверхности грунта с другой стороны гасит энергию взрыва.

Закрепление грунта заключается в усилении связей между частицами грунта, т.е. в искусственном преобразовании строительных свойств грунта. В процессе закрепления между частицами грунта возникают прочные структурные связи за счет инъекцирования в грунт и последующего твердения определенных реагентов.

Цементирование

Этот метод применяют для уплотнения насыпных грунтов, галичных отложений, средних и крупнозернистых песков. Цементация заключается в поры грунта цементного раствора по предварительно заглубленным трубкам – инъекторам диаметром 33 – 60 мм под давлением.

Селикатизация

Применяется для химического закрепления песков, макропористых просадочных грунтов и отдельных видов насыпных грунтов. Сущность метода заключается в том, что в грунт нагнетается силикат натрия в виде раствора,. В котором заполняется пространство между частицами и при наличии отвердителя образуется гель, твердеющий с течением времени. Через 10 суток прочность закрепленного грунта составляет 70-80%.

Смолизация

Метод закрепления грунтов смолами получил название смолизация. Его сущность заключается в введении в грунт высокомолекулярных органических соединений типа карбонатных, фенолформльдегидных и других синтетиеских смол в смеси с твердителем. Через определенное время в результате взаимодействия с отвердителями смолы полимиризуются. Обычное время гелеобразования 1,5-2 часа, а время упрочнения – до 2-х суток. Смолизация рекомендуется для закрепления как сухих, так и водонасыщеных песков. Прочность на сжатие закрепленного карбонидной смолой песка колеблется в пределах 1-5 МПа и зависит в основном от концентрации смолы в растворе.

Битумизация

Битумизацию применяют в основном для уменьшения водопроницаемости трещиноватых скальных пород. Метод сводится к нагнетанию через скважины в трещиноватый массив расплавленного битума или специальных битумных эмульсий. При этом происходит заполнение трещин и пустот и массив становиться практически водонепроницаемым.

Электрозакрепление

Под воздействием постоянного электрического тока в грунте происходит движение воды к отрицательному электроду и перемещение коллоидальных взвешенных в воде частиц грунта. Кроме того, происходят сложные химические процессы, приводящие к образованию кристаллизационных связей. После прекращения электрозакрепления, спустя год, прочность грунта повышается в 2 раза. Этот способ используется для закрепления мелкопористых грунтов – супесей и суглинков.

Термическое закрепление

Этот метод используют для упрочнения маловлажных пылевато глинистых грунтов, обладающих газопроницаемостью. Часто этот метод используют для устранения просадочных свойств макропористых и лессовидных грунтов, глубина закрепления толщи грунта достигает 20 м. сущность метода заключается в том, что через грунт в течении нескольких суток пропускают раскаленный воздух или газы. Под действием высокой температуры отдельные минералы оплавляются. В результате этого образуется прочные водостойкие структурные связи между частицами грунта. Кроме того, при обжиге грунта, он теряет значительную часть связанной воды, что изменяет свойства грунта и уменьшает или полностью ликвидирует просадочность, размокаемость и способность к набуханию. Температура воздуха 750 – 850 градусов Цельсия. Можно термическим способом закреплять грунт сжиганием солярки, нефти или газа непосредственно в скважине.

Электротермическое закрепление

Этот метод применяют в основном для закрепления водонасыщенных пылевато глинистых грунтов. Через аноды в грунт подают водные растворы солей многовалентных металлов, которые, соединяясь с глинистым грунтом коагулируют глинистые частицы. Создаются глинистые агрегаты, сцементированные между собой гелями солей железа и алюминия. При этом прочность грунтов существенно возрастает и способность к набуханию резко снижается.

4.

В ряде случаев экономически целесообразно не заглублять фундамент через большую толщу слабых грунтов и не закреплять их, а удалить их, а на их место уложить подушку из песка, гравия, камня и т.д. Если толщина слоя слабого грунта 1,5 – 2 м, то подушку следует уложить непосредственно на слой более прочного грунта. Если слабый грунт распространяется на значительную глубину, то размеры подушки назначают из условия уменьшения под ней давления грунта до величины ≤ R. Толщину и ширину подушки по низу назначают исходя из распределения давления от зданий или сооружения под углом а к вертикали от 20 до 40 градусов Цельсия. Подушки целесообразно применять для одиночных фундаментов или ленточных шириной до 1,5 м. В глинистых, суглинистых и песчаных грунтах.

Лекция 12