Уплотнение грунтов оснований

Инженерные методы улучшения свойств грунтов

(искусственные основания)

Строительство линейных инженерных сооружений неизбежно связано с освоением новых территорий, расположенных, в том числе, и на слабых грунтах. Часто оказывается, что на естественном основании возводить инженерные сооружения практически невозможно, из-за несоответствия характеристик основания предъявляемым требованиям. В этих случаях прибегают или к специальным конструктивным мероприятиям, или к методам улучшения грунтов основания (искусственным основаниям).

Существуют три основных направления улучшения грунтов основания, представленные на схеме рис. 1.

Рис. 1. Схема основных направлений развития путей улучшения оснований

Для увеличения несущей способности грунтов естественного сложения может быть применено его поверхностное уплотнение.

1.1. Поверхностное уплотнение грунтов

Поверхностное уплотнение обычно производят слоями толщиной £ 0,5 м, используя такие механизмы уплотнения, как поверхностные трамбовки, катки, вибротрамбовки, виброплиты и т.д.

При необходимой толщине уплотнения грунта в 2…3 м, применяют поверхностное уплотнение тяжелыми трамбовками, массой до 2…7 т. В этом случае по уплотняемому грунту (поверхности дна котлована) производится серия ударов по одному месту до получения условного отказа. Трамбовка поднимается краном на высоту до 3…7 м и сбрасывается на уплотняемое основание (рис. 2).

Рис. 2. Схема поверхностного уплотнения грунта тяжелыми трамбовками

r_s

Поверхностное уплотнение тяжелыми трамбовками применяется для сыпучих, а также лёссовых грунтов. Наибольший эффект уплотнения грунтов достигается при наличии в основании оптимальной влажности (рис. 3). Оптимальная влажность грунта определяется обычно экспериментально, с использованием прибора стандартного уплотнения.

Рис. 3. Примерный график изменения r_s=r_s(w);

где r_s- плотность сухого грунта; W – влажность грунта; W_опт- оптимальная влажность грунта.

14 15 16 17 18

Рис. 4. Изменение плотности грунта r_s основания по глубине H

1- изменение r_s – до уплотнения; 2- тоже после уплотнения; 3- опускание поверхности грунта до 0,4…0,5 м.

Для связных грунтов оптимальная влажность чаще всего составляет:

W_опт = W_p + (1…3%); (1)

где W_p – влажность грунта на границе пластичности (раскатывания).

В отдельных случаях, при решении сложных инженерных задач, при поверхностном уплотнении могут применяться трамбовки массой более 10 т.

При необходимости уплотнения грунта основания на глубину более 3 м используют глубинные способы уплотнения.

1.2. Глубинное уплотнение грунта

Для уплотнения рыхлых с е₀ > 0,75 песчаных отложений используется а) метод гидробивроуплотнения (рис 5).

Рис. 5. Схема глубинного гидробивроуплотнения сыпучего грунта.

С поверхности грунта в уплотняемое основание погружается труба, на конце которой размещен гидровибратор. В трубу подается необходимое количество воды, до достижения уплотняемым основанием оптимальной влажности. Труба вместе с гидровибратором подвешивается к стреле крана и под действием собственного веса погружается в уплотняемое основание. В результате процесса погружения и извлечения гидровибратора грунт уплотняется в объеме цилиндра диаметром 1,5…2 м и высотой до 10 м, и основание переходит в категорию средней плотности.

В случае необходимости для достижения основанием повышенной плотности, данный метод может сочетаться с поверхностным уплотнением.

б) метод уплотнения песчаными и грунтовыми сваями (рис. 6).

Порядок данного метода уплотнения основания заключается в следующем:

1. С поверхности уплотняемого основания погружается металлическая труба с раскрывающимся наконечником (происходит процесс уплотнения основания вокруг погружаемой трубы).

2. После погружения трубы на необходимую отметку, наконечник трубы раскрывается и труба извлекается с одновременным заполнением песком с виброуплотнением. В лессовых грунтах заполнение трубы осуществляется местным грунтом с необходимым увлажнением.

3. После извлечения трубы в уплотняемом основании образуется песчаная (грунтовая) свая, выполненная с заданной степенью плотности вместе с окружающим около свайным пространством.

Рис. 6. Метод глубинного уплотнения основания с использованием песчаных (грунтовых) свай

а) – погружение трубы с раскрывающимся наконечником; б) – заполнение трубы песком с раскрытием наконечника; в) – извлечение трубы с формированием в основании песчаной сваи с заданной степенью плотности.

Рис. 7. Схема использования песчаных свай для уплотнения основания

f_св – площадь поперечного сечения сваи; F_упл.- площадь уплотненного основания.

Чем чаще сделаны сваи, тем большую степень уплотнения получает грунт основания. Для избежания выпора грунта в котлован при уплотнении головы сваи, котлован может разрабатываться после уплотнения основания сваями (рис. 7).

Необходимое количество песчаных свай для уплотнения основания может быть определено исходя из следующего условия:

(2)

где е₀, е_упл. – соответственно, коэффициенты пористости грунта основания до и после уплотнения, последний, также как и f_св - площадь поперечного сечения сваи, задаются в процессе проектирования; F_упл.=1,4в х 1,4l - площадь уплотненного основания; в, l - соответственно ширина и длина проектируемого фундамента.

Следует отметить, что для связных водонасыщенных грунтов подобные сваи могут изготавливаться методом виброштампования (пневмопробойником) и заполняться щебеночно-песчаной смесью с добавлением цемента.

в) метод уплотнения приложением нагрузки

Глубинный процесс уплотнения основания происходит и при приложении к нему уплотняющей нагрузки (в виде отсыпанной насыпи) (рис 8).

Рис. 8. Глубинное уплотнение грунта основания пригрузкой

1 – фильтрующие искусственные дрены; 2 – зона уплотнения основания.

Для глинистых грунтов подобный процесс уплотнения основания происходит довольно медленно (теория фильтрационной консолидации в механике грунтов), продолжающийся до нескольких десятков лет.

В целях сокращения сроков процесса уплотнения основания, используются искусственные дрены, способствующие убыстрению процесса фильтрационной консолидации.

г) метод уплотнения понижением уровня грунтовых вод

Известно, что грунт расположенный ниже уровня грунтовых вод (У.Г.В.) испытывает взвешивающие действие воды, которое проявляется в виде снижения величины удельного веса грунта. При искусственном водопонижении, грунт оказывается выше У.Г.В., что приводит к увеличению удельного веса грунта и, как следствие, к уплотнению основания.

Следует учитывать и негативные последствия данного явления, когда вместе с уплотнением основания получают дополнительные осадки и расположенные на данной территории сооружения.

д) метод уплотнения взрывами

Применение данного метода эффективно при освоении новых (не застроенных) территорий. Взрывами уплотняются большие объемы грунта, с использованием предварительно пробуренных шпуров, в которые помещаются взрывчатые вещества (В.В.). Использование В.В. требует особого подхода к решению поставленных инженерных задач и связано с повышенным риском в период производства взрывных работ.

Метод уплотнения грунтовых оснований взрывами находит применение в гидротехническом строительстве.

е) метод уплотнения замачиванием

Данный метод имеет ограниченное применение и используется лишь для лессовых оснований (см. механику грунтов). Предварительное замачивание лессовых оснований разрушает структуру лесса и вызывает его просадку под действием собственного веса, т.е. происходит процесс уплотнения.

Уплотнение грунтов оснований на используемых или застроенных территориях часто затруднительно, в этом случае прибегают к закреплению грунтов.

Дата добавления: 2015-06-27