Специальные работы по закреплению грунтов

Водоотвод, водоотлив, водопонижение.

Водоотвод.

Необходим для отвода от выемок ливневых и сточных вод. Для этого обычно используют расположенные с напорной стороны водоотводящие канавы, ограждающие обвалования, лотки и дренажные системы открытые и закрытые (по типу дренажей мелкого заложения). Их устраивают с уклоном 0,002-0,003. Воду из этих водоотводящих устройств отводят в пониженные места, удаленные от возводимых и существующих сооружений или в систему ливневой канализации.

Водоотлив.

Применяется для отвода воды из котлованов строящихся зданий с помощью насосов.

Рис. 3.3. Схема водоотлива:

1 – котлован; 2 – приямок (тумпф); 3 – насос; 4 – всасывающий шланг с сеткой (фильтром); 5 – направление отведения воды.

Водопонижение.

Водопонижение применяется в глубоких котлованах (≥6 м), при высоком уровне грунтовых вод и сильном подпоре. Осуществляется с помощью иглофильтровальных установок (ИФУ), эрлифтов, гидроэлеваторов.

ИФУ. Применяются в котлованах с уровнем воды до 10 м, имеют производительность до 100 м³/час.

Рис. 3.4. Схема водопонижения с помощью ИФУ:

а) – разрез котлована с ИФУ; б) – схематичный план размещения ИФУ; 1 – иглофильтр; 2 – перфорированный наконечник; 3 – депрессионная кривая; 4 – водосборный коллектор (трубы или шланги); 5 – вихревой (вакуумный) насос; 6 – отвод воды.

В затопленных котлованах при уровне воды более 10 м применяется 2-х ярусное расположение ИФУ (2-й ярус – на дне котлована).

Эрлифты.

Эрлифт – воздушный водоподъемник. Применяется для затопленных котлованов с уровнем воды более 3 м.

Принцип работы: сжатый воздух или пар под давлением до 0,3 МПа нагнетается по газовой трубе в жидкостную трубу, где образуется эмульсия – смесь воздуха или газа с водой. Вода увлекается вверх пузырьками воздуха или газа.

Рис. 3.5. Схема водопонижения с помощью эрлифта:

1 – газовая труба; 2 – жидкостная труба; 3 – подача воздуха; 4 – вода в котловане; 5 – отведение эмульсии.

Гидроэлеваторы.

Тоже применяются для затопленных котлованов. Принцип работы: всасывает пульпу под действием вакуума, создаваемого протеканием струи воды с большой скоростью через отверстия смесительной камеры.

Производительность эрлифтов и гидроэлеваторов 5-20 м³/час.

Рис. 3.6. Схема водопонижения с помощью гидроэлеватора:

1 – всасывающий башмак; 2 – эжектор, создающий разряжение; 3 – пульпопровод; 4 – канат для опускания краном гидроэлеватора; 5 – трубопровод для воды; 6 – направление подачи воды; 7 – направление отвода пульпы.

Иногда возникает необходимость в закреплении грунтов с целью повышения их прочности и устойчивости или придания им водонепроницаемости. Для этого используют способы:

·закрепления грунтов инъекцией;

·термического закрепления;

·замораживания грунтов (в сложных гидрогеологических условиях).

Закрепление грунтов инъекцией.

Сущность метода заключается в пропитке пор и трещин грунтов и скальных пород раствором, который, затвердевая, повышает их прочность и водонепроницаемость. Раствор нагнетают через пробуренные скважины.

Виды инъектирования:

·цементация;

·глинизация;

·битумизация горячая (расплавленным битумом) и холодная (битумной эмульсией);

·силикатизация;

·смолизация высокомолекулярными смолами.

На рис. 3.7. приведен пример инъектирования методом цементации.

Рис. 3.7. Схема цементации:

1 – самоходная буровая установка; 2 – скважина; 3 – инъектор; 4 – цементационный агрегат; 5 – бункер для раствора; 6 – растворосмеситель.

Для цементации применяют специальные составы цементных, цементно-песчаных или цементно-глинистых тампонажных растворов с использованием портландцемента марки не ниже 300, а для глинизации – глиносиликатные и бентонитосиликатные растворы. Нагнетают указанные растворы диафрагмовыми (при давлении до 1,5 МПа) и специальными (при давлении до 10 МПа) насосами.

Битумизацию грунтов с нагнетанием горячего битума производят насосами в пробуренные скважины с помощью установленных в них инъекторов, обеспечивающих подогрев битума в стволе скважины. Битум нагнетают с постоянным увеличением давления, обычно в несколько циклов, с перерывами для остывания битума.

Силикатизацию и смолизацию грунтов производят путем нагнетания через систему инъекторов водных растворов силиката натрия или смолы с отвердителем. Этими способами закрепляют песчаные и просадочные грунты. В качестве инъекторов, погружаемых забивкой, используют стальные трубы.

Термическое закрепление грунтов осуществляют путем нагнетания в пробуренные скважины высокотемпературных газов. Способ применяют для упрочнения маловлажных просадочных грунтов. Максимальная температура в скважине не должна превышать 900-1000°С.

Замораживание грунтов.

Применяется в слабых неустойчивых водоносных грунтах и в трещиноватых горных породах. Способ замораживания повышает прочность и водонепроницаемость грунтов. Замораживание производится с помощью хладагента (чаще всего аммиак, реже фреон или жидкий азот) и хладоносителя.

Сущность способа:

·бурят скважины по контуру сооружения через 0,8-2 м;

·в скважины помещают замораживающие колонки;

·насосы прокачивают хладоноситель через колонки, при температуре – -20-40°С;

·производят замораживание грунтов;

·поддерживают замороженное состояние до окончания строительства.

Рис. 3.8. Схема замораживающей установки:

1 – компрессор с хладоносителем; сжатие хладагента до 1 МПа;

2 – трубопроводы;

3 – конденсатор со змеевиком; конденсирование хладагента;

4 – подача и отвод воды;

испарение хладагента, охлаждение хладоносителя до темпер. -20-40°С с постоянным перемешиванием;  

5 – растворомешалка;

6 –бак растворомешалки;

7 – хладоноситель;

8 – испаритель;

9 – распределитель хладоносителя;

10 – замораживающие колонки; замораживание грунта;

11 – скважины;

12 – циркуляционный насос.

Не надо путать хладагент и хладоноситель. В качестве хладоносителей применяют соли (рассолы):

·хлористого кальция;

·хлористого магния.

Иногда применяется безрассольный способ (например, оперативно, при внезапных прорывах воды).

Рис. 3.9. Схема замораживания грунтов безрассольным способом:

1 – замораживающие колонки; 2 – заглушка скважины; 3 – подача жидкого азота (t°=-195,7°C); 4 – отвод азота в атмосферу (t°=-40-60°C).

Глава 4. Производство земляных работ.

4.1. Общие положения.

Возведение автодорог, зданий и сооружений и прокладка инженерных коммуникаций обычно сопряжены с необходимостью выполнения больших объемов земляных работ.

Земляными называются работы по разработке грунта в выемках, его транспортирование (перемещение) и укладка в насыпи. Эти работы относятся к наиболее трудоёмким и тяжёлым строительным работам, выполняемым в сложных условиях, в значительной степени зависимым от природно-климатических факторов, характеристик грунта, плотности застройки и т.д. Сложность и трудоёмкость производства земляных работ может возрастать в условиях реконструкции подземных частей зданий и сооружений.

Основными элементами комплексного технологического процесса производства земляных работ, заслуживающими повышенного внимания являются:

· конструкция и геометрические параметры земляного сооружения;

· состав технологического процесса и входящие в него операции;

· комплект машин, их технические, технологические и экономические параметры;

· продолжительность и трудоёмкость выполнения этих работ.

· месторасположение строительного объекта.

Для производства земляных работ в строительстве используют 5 основных способов:

· механический;

· гидромеханический;

· взрывной;

· ручной;

· комбинированный.

Преобладающим среди этих способов является механический, с использованием различных машин и механизмов.

4.2. Строительная классификация грунтов.

Грунты подразделяются на 2 типа:

· скальные;

· нескальные, которые в свою очередь делятся на:

· крупнообломочные;

· песчаные;

· глинистые.

Скальные грунты состоят из сплошных или трещиноватых массивов горных пород. Они практически несжимаемы, водоустойчивы, являются хорошим основанием, разрабатываются преимущественно взрывным способом.

Крупнообломочные грунты в зависимости от величины обломков и степени их окатанности подразделяют на:

· щебенистые;

· гравийные (окатанные).

Щебень – остроугольные обломки скальных пород размером от 20 до 200 мм. Такие же обломки до 20 мм называются дресвой.

Окатанные обломки:

· от 3 до 40 мм – гравий;

· от 40 до 200 мм – галька;

· свыше 200 мм – валуны.

Крупнообломочные грунты достаточно прочны, но водопроницаемы.

Песчаные грунты – это мелкозернистые грунты (до 3 мм) с содержанием глинистых частиц до 3%. Водопроницаемы, но малосжимаемы, поэтому являются хорошим основанием при условии, что они не размываются (не плывуны).

Глинистые грунты разделяют на:

· супесь (от 3 до 10% глинистых частиц);

· суглинок (от 10 до 30 % глинистых частиц);

· глина (свыше 30 % глинистых частиц).

В сухом состоянии они являются хорошим основанием, но при увлажнении увеличиваются или уменьшаются (лёсс) в объёмах; увеличивается их пластичность (снижается несущая способность), а при замораживании возникают силы морозного пучения.

По степени влагосодержания различают грунты:

· сухие (содержание воды до 5%);

· влажные (от 5 до 30%);

· мокрые или переувлажнённые (более 30%).

Немаловажной характеристикой грунтов, которую необходимо учитывать при проектировании земляных работ, является объёмная масса, т.е. масса единицы объёма грунта. Например, для песчаных грунтов в природном состоянии γ_об. =1,6 -1,7 т/м³, для глинистых γ_об. =1,7-2,0 т/м³, для скальных γ_об. = до 3 т/м³.

По трудности разработки грунты делятся на группы. Эта дифференциация приведена в ЕНиР 2-1.

4.3. Земляные сооружения.

Земляные сооружения делятся на постоянные (плотины, каналы, полотна дорог и др.) и временные (выемки – котлованы и ямы и насыпи – временные дороги и плотины).

Существует и более подробная классификация земляных сооружений:

· котлован – временная профильная выемка для возведения подземных сооружений или части надземных;

· траншея – линейно протяженная профильная выемка для строительства ленточных фундаментов или прокладки инженерных сетей;

· карьер – непрофильная выемка для добычи открытым способом полезных ископаемых и грунта;

· резерв – непрофильная линейно протяжённая выемка из которой берут грунт для возведения насыпей;

· отвал – непрофильная насыпь, предназначенная для складирования грунта;

· кавальер – непрофильная постоянная линейная насыпь грунта вдоль протяженной профильной выемки (канала, дороги);

· кювет – профильная протяженная выемка, предназначенная для сбора и отвода воды от линейного сооружения (обычно вдоль дороги; разновидность – дренажная канава).

Рис.4.1 Виды земляных сооружений;

а) – выемка с вертикальными стенками; б) – выемка с откосами; в) – постоянная выемка полного профиля; г) – сечение подземных выемок; д) – профиль временной насыпи; е) – профиль постоянной насыпи; 1 – дно выемки; 2 – откос или стенка; 3 – бровка откоса; 4 – основание откоса; 5 – берма; 6 – банкет; 7 – нагорная канава; а – диаметр подземной выработки; b – ширина выемки или насыпи понизу; b₁ – ширина подземной насыпи или выемки поверху; b₂ – ширина подземной выработки; с – заложение (проекция) откоса; h – глубина выемки; h₁ – высота насыпи; h₂ – высота подземной выработки.

Грунты разрабатываются землеройно-транспортными и землеройными машинами.

Землеройно-транспортными называются машины, разрабатывающие и перемещающие грунт на определенное расстояние. К ним относятся машины:

· бульдозер;

· скрепер;

· автогрейдер.

Землеройные машины – это в основном экскаваторы различных типов.

Дата добавления: 2014-01-06