Искусственное закрепление грунтов кратко

Обновлено: 05.07.2024

Для уменьшения объемов земляных работ, а также в случаях, когда разработка выемок с откосами невозможна из-за стесненности площадки или наличия грунтовых вод, устраивают выемки с вертикальными стенками.

Временное крепление стенок земляного сооружения может быть выполнено в виде деревянного или металлического шпунта, деревянных щитов с опорными стойками, щитов с распорными рамами, с подкосным креплением стенок и ряда других конструкций (рис. 1).

Шпунтовое ограждение является наиболее надежным, но и самым дорогим из существующих способов. Применяют шпунт при разработке выемок в водонасыщенных грунтах вблизи существующих зданий. Шпунт, металлический или деревянный, забивают в грунт на глубину, превышающую глубину будущего котлована на 2…3 м (величина расчетная). Шпунт забивают до разработки выемки, чем обеспечивают устойчивое и естественное состояние грунта за пределами выемки.

В качестве металлических стоек используют прокатные профили (швеллер, двутавр, трубы) или специально выпускаемый прокат. Шпунт может быть сплошным в виде единой стенки. Если шпунт прерывистый, то между стойками по мере отрывки котлована забивают деревянную забирку – щиты, отдельные доски, брусья (фото рис. 1).

Распорное крепление применимо для узких траншей глубиной 2…4 м в сухих и маловлажных грунтах и состоит из вертикальных стоек, горизонтальных досок, дощатых (сплошных или несплошных) щитов и распорок, прижимающих стойки и щиты к стенкам траншеи. Стойки, как и распорки, устанавливают по длине траншеи через 1,5…1,7 м одна от другой и по высоте через 0,6…0,7 м (фото рис. 1).

В связных грунтах естественной влажности и глубиной до 3 м горизонтальную забирку устраивают из досок толщиной 5см с прозорами на ширину доски, при большей глубине забирку делают сплошной из щитов. Распорное крепление трудоемко и затрудняет производство работ в траншее, особенно при прокладке коммуникаций, поэтому если позволяют условия, то применяют другие виды креплений.

Вместо деревянных стоек и распорок используют стальные трубчатые стойки и телескопические распорки, длина которых изменяется за счет вращения винтовых муфт. Эти инвентарные распорные рамы эффективны ввиду их малой массы, легкого монтажа и демонтажа. Металлические трубчатые стойки по высоте имеют отверстия для крепления распорок.

Распорка телескопического типа состоит из наружной и внутренних труб, поворотной муфты и опорных частей. В зависимости от ширины траншеи расстояние между стойками устанавливают путем выдвижения внутренней трубы из наружной, которое фиксируется болтом-стопором, вставляемым в совмещенное отверстие труб. Полное прижатие щитов к стенкам выемки осуществляют поворотом до упора муфты с винтовой нарезкой.

Анкерное крепление. Для восприятия опрокидывающих моментов, возникающих от действия грунта на шпунтовые, свайные и другие ограждения выемок, применяют анкерные устройства (грунтовые анкеры). Технология устройства грунтовых анкеров различных видов рассматривается в 5 части УМК.

Наиболее простое и часто встречаемое анкерное крепление выполняется следующим образом. На уровне дна котлована или траншеи вдоль стенок забивают с шагом 1,5…2,0 м (в зависимости от глубины котлована и влажности грунта) стойки на глубину 0,5…1,0 м ниже уровня дна котлована. Эти стойки на уровне верха котлована оттягивают анкерными тягами в виде двух пластин, на расстояние, превышающее угол естественного откоса и прикрепляют эти пластины к наклонно забитому анкеру.

За установленными и закрепленными стойками укладывают щиты или доски. Анкерные тяги несколько заглубляют в грунт, чтобы они не мешали передвижению людей по бровке котлована.

Подкосное крепление обычно устраивают при отрывке широких котлованов с расположением внутри котлована. Крепление состоит из щитов или досок, прижатых к грунту стойками, раскрепленными подкосами с защемлением с помощью упоров. Вертикальные стойки приобретают устойчивость за счет наклонных подкосов и горизонтальных распорок, при этом получившийся треугольник устойчив от скольжения благодаря забиваемым наклонным анкерам в угле соединения распорки и подкоса.

Дощатые щиты устанавливают между стенками котлована и стойками, свободное расстояние между ними засыпают землей для создания цельной единой конструкции, которая всегда будет устойчивой. Подобное крепление используют ограниченно, так как подкосы и упоры, расположенные в котловане, усложняют производство основных работ.

По мере выполнения или окончания работ крепление котлованов и траншей разбирают снизу вверх.

Искусственное закрепление грунтов. Закрепление грунтов применяют при создании вокруг разрабатываемых выемок водонепроницаемых завес или повышения несущей способности грунтовых оснований. В зависимости от физико-механических свойств грунта и требуемых прочностных характеристик, назначения закрепления и других свойств укрепленного грунта применяют замораживание, цементацию, силикатизацию, битумизацию, термический, химический, электрохимический и другие способы искусственного закрепления грунта.

Замораживание грунтов применяют в сильно водонасыщенных грунтах (плывунах) при разработке глубоких выемок. Для этого по периметру котлована погружают замораживающие колонки из труб, соединенных между собой трубопроводом, по которому нагнетают специальную жидкость – рассол (растворы солей с низкой температурой замерзания), охлажденный холодильной установкой до минус 20…25 °С (рис. 2).

Рис. 2 — Схема искусственного замораживвания грунтов: а) при близком залегании водоупора; б) при глубоком залегании водоупора; в) схема холодильной установки; 1 – замораживающая колонка; 2 – отводящая труба; 3 – питающая труба; 4 – коллектор; 5 – распределитель; 6 – циркуляционный насос; 7 – испаритель; 8 – терморегулирующий вентиль; 9 – конденсатор; 10 – маслосборник; 11 – линия низкого давления хладоносителя; 12 – компрессор; 13 – линия высокого давления хладоносителя; 14 – замороженный грунт

Охлаждающие иглы состоят из наружных труб, закрытых и заостренных снизу, и внутренних, вставленных в них коаксиально и открытых снизу. Рассол поступает во внутреннюю трубу, а в нижней части колонки переходит в наружную трубу, по которой поднимается вверх, после чего направляется к следующей колонке.

Окружающий грунт замерзает концентрическими цилиндрами с постепенно увеличивающимися диаметрами. Эти цилиндры смерзаются в сплошную стенку мерзлого грунта, которая выполняет функцию конструкции ограждения временной выемки. Расстояние между колонками зависит от гидрогеологических и температурных условий производства работ, глубины выемки и назначается в среднем от 1,5 до 3 м.

Цементация осуществляется для закрепления крупно- и среднезернистых песков, а также трещиноватых скальных пород и выполняется путем нагнетания в грунт цементного раствора через инъекторы.

Инъектор (рис. 3) состоит из отдельных звеньев гладких и перфорированных труб длиной 1,5 м и внутренним диаметром 19…38 мм; внизу он имеет острый наконечник, а в верхней части – наголовник, к которому присоединяется шланг для подачи раствора под давлением.

На глубину до 15 м инъекторы погружаются забивкой пневматическими молотами, вибропогружателями, при больших глубинах погружения предварительно пробуривают скважины, в которые трубы и опускают. В зависимости от требуемых расчетных прочностных характеристик грунта через инъекторы подается цементный раствор состава от 1:1 до 1:10 по массе (цемент : вода); оптимальное давление обычно соответствует 1 атм на 1 пог. м трубы инъектора.

Радиус закрепления в трещиноватых скальных породах достигает 1,2…1,5 м, в крупнозернистых песках – 0,5…0,75 м, в песках средней крупности – 0,3…0,5 м. Прочность укрепленных грунтов может достигать 3,5 МПа. Нагнетание раствора в скважину прекращают при достижении заданного поглощения или когда при заданном давлении резко снижается расход раствора (за 20 мин в скважину попадает менее 10 л раствора).

Рис. 3 — Цементация оснований: а) погружение инъектора; б) нагнетание раствора; в) последовательность нагнетания раствора при устройстве противофильтрационной завесы; г) схема цементации нисходящими зонами; д) схема цементации восходящими зонами; 1 – отбойный молоток; 2 – оголовок; 3 – труба-удлинитель; 4 – перфорированная часть с острием; 6 – домкраты; 7 – растворопровод; 8 – зоны цементации; 9 – скважины; 1-я, 2-я и 3-я – зоны цементации по высоте

Силикатизация (химический способ) – последовательное нагнетание в грунт водного раствора силиката натрия (жидкого стекла) и ускорителя твердения (раствора соли хлора, обычно хлористого кальция). Часто этот способ называют двухрастворным закреплением.

Применима силикатизация в песках, плывунах, лессовидных грунтах. Она позволяет повысить прочность, водонепроницаемость и общую устойчивость грунта.

Метод может применяться как в сухих, так и насыщенных водой грунтах, даже при высоких коэффициентах фильтрации от 2 до 80 м/сут. В грунт последовательно нагнетают при давлении до 15 атм (1,5 МПа) раствор жидкого стекла и хлористого кальция, которые в результате химической реакции образуют нерастворимое вещество (гель кремниевой кислоты), прочно соединяющее в единый монолит примыкающий естественный грунт (рис. 4).

Инъекторы изготовливают из стальных цельнотянутых труб с внутренним диаметром 19…38 мм и толщиной стенки не менее 5 мм. Нижняя перфорированная часть инъектора имеет длину 0,5…1,5 м. Насосы для нагнетания подбирают с расчетом подачи раствора в каждый установленный инъектор от 1 до 5 л/мин.

Рис. 4. Схема установки для химического закрепления грунтов: а) установка; б) инъектор; 1 – распределительный напорный коллектор; 2 – насос; 3 – емкость для раствора; 4 – инъектор; 5 – массив закрепленного грунта; 6 – слабый грунт; 7 – прочный подстилающий грунт; 8 – наголовник; 9 – глухие звенья; 10 – перфорированное звено (с отверстиями диаметром 1…3 мм); 11 – наконечник

При мелких пылеватых песках в грунт подают раствор фосфорной кислоты и жидкого стекла под давлением до 5 атм (0,5 МПа), в результате реакции также получается нерастворимый гель (кремниевой кислоты и фосфорнокислого натрия). Однорастворное закрепление из смеси силиката натрия и отвердителя применяют для слабодренирующих грунтов с коэффициентом фильтрации менее 0,3 м/сут. Прочность закрепленного грунта находится в пределах 0,3…0,6 МПа.

В лессовидные грунты нагнетают при давлении до 5 атм (0,5 МПа) только раствор жидкого стекла, который вступает в реакцию с содержащимися в этих грунтах солями кальция, в итоге также получается нерастворимый гель.

Способ силикатизации широко используется при проходке шахт и туннелей, при строительстве метрополитенов.

Битумизация применяется для закрепления песчаных и сильно трещиноватых грунтов, но что более важно – для прекращения через них фильтрации воды. Горячий битум нагнетают в грунт через инъекторы, установленные в пробуренных скважинах. К инъекторам, обогреваемым электрическим током, горячий битум подается из котлов насосом по трубам при давлении, достигающем 50…80 атм (5…8 МПа).

Инъектор состоит из двух труб, внутренняя с отверстиями для выхода битума, опускается в грунт ниже наружной, защитной трубы. Нагнетание битума осуществляется в несколько приемов. После первого нагнетания под давлением 2…3 атм (0,2…0,3 МПа) битуму дают возможность растечься по всем заполняемым полостям и начать затвердевать, уменьшаясь в объеме. Перед последующими нагнетаниями битум в скважине разогревают электронагревателями инъектора. Песчаные грунты можно закреплять холодной битумной эмульсией.

Термическое укрепление грунтов заключается в обжиге лессовидных и пористых суглинистых грунтов раскаленными газами через пробуренные в грунте скважины диаметром 10…20 см. Скважины пробуривают в шахматном порядке на расстоянии друг от друга 2…3 м и на глубину до 15 м, сверху устье скважины заканчивается бетонным оголовком, в котором размещается форсунка для сжигания топлива.

К форсунке по шлангам подается топливо и сжатый воздух. Топливо может применяться жидкое (нефть, мазут, соляровое масло) или газообразное (природный газ). Сжатый воздух подается под избыточным давлением, превышающим давление в трубопроводе с топливом, благодаря этому избыточное давление позволяет отрывать пламя от форсунки и распространять его на всю глубину скважины.

В процессе обжига в скважине поддерживается температура 600…1100 °С. За счет такой высокой температуры происходит процесс расплавления и последующего спекания грунта. Обжиг может продолжаться 5…10 сут, в результате образуется керамическая свая диаметром 2…3 м. Расход топлива за весь период обжига составляет до 100 кг/пог. м скважины. Прочность грунта в среднем 1,0…1,2 МПа, но может доходить до 10 МПа.

Электрическим способом закрепляют влажные глинистые грунты. Способ основан на использовании эффекта электроосмоса, для чего через грунт пропускают постоянный электрический ток с напряженностью поля 0,5…1 В/см и плотностью 1…5 А/м2. В результате действия тока глина осушается, сильно уплотняется и теряет способность к пучению.

Электрохимическое закрепление грунтов. Это способ применяют для глинистых и илистых грунтов. В грунт параллельными рядами через 0,6…1,0 м забивают металлические стержни или трубы, по которым пропускают постоянный электрический ток напряжением 30…100 В и силой тока 0,5…7 А на 1 м вертикального сечения закрепляемого грунта.

При погружении в грунт чередуют через ряд металлические стержни (аноды) и трубы (катоды), через которые в грунт подается раствор хлористого кальция, силиката натрия, хлорного железа и других химических добавок, увеличивающих проходимость тока, а значит и интенсивность процесса закрепления грунта. Методы применимы при малых коэффициентах фильтрации грунта 0,2…2 м/сут.

В результате насыщения грунта раствором хлористого кальция и пропускания затем по этому грунту электрического тока в грунте происходят необратимые изменения, в частности, они перестают пучиниться, увеличиваются их прочностные характеристики.

Представляет собой совокупность воздействий, в результате которых повышается прочность грунта; он становится неразмываемым, а в некоторых случаях и водонепроницаемым. Закрепление грунтов применяют при создании вокруг разрабатываемых выемок водонепроницаемых завес или повышение несущей способности несущих оснований. В зависимости от физико-механических свойств грунта, его состояния, требуемой степени и назначения закрепления применяют замораживание, цементацию, битумизацию, химический, электрический, термический, электрохимический и др. способы искусственного закрепления грунтов. Замораживание грунтов - применяют в сильно водонасыщенных грунтах при разработке глубоких выемок, для этого по периметру котлована погружают замораживающие колонки из

труб, соединенных между собой трубопроводом, по которому нагнетают специальную жидкость - рассол (растворы солей с низкой температурой замерзания), охлажденный холодильной установкой до -20. -25 С. Рассол в холодильной установке охлаждают хладоагентами - аммиак, реже углекислота. Охлаждающие иглы состоят из наружных труб, закрытых и заостренных снизу. Рассол поступает во внутреннюю трубу, а в нижней части колонки переходит в наружную трубу, по которой поднимается вверх, потом направляется к следующей колонке. Окружающий грунт замерзает, образуя сплошную водонепроницаемую завесу. Недостатки: эффект сохраняется только при постоянно действующих замораживающих колонках; после отключения подачи рассола через 1-2 дня грунт полностью оттаивает. Цементация грунтов - применяется для увеличения несущей способности оснований Применяется при новом строительстве, при реконструкции зданий и сооружений. Суть: в грунт под давлением нагнетается цементно песчаный раствор, который заполняет все полости в грунте, связывает частицы, тем самым повышается механическая прочность грунта.

Битумизация – применяется для увеличения вонепронецаемости грунтов. Сует: в пробуренные в грунте скважины подается разогретый битум, который заполняет имеющееся пространство в грунте, связывает частицы и повышается водонепроницаемость грунта.

2. Разбивка объекта на захватки.

Участок - часть зд. и соор., в пределах которой существуют одинаковые производственные условия, позволяющие использовать одинаковые методы и технические средства. В качестве участков принимают температурные блоки одноэтажных пром. зд., этаж или часть этажа многоэт. зд., секции жилых домов в пределах одного этажа и т.д.

Захватка - часть зд. и соор. (участок или часть участка), характеризуемую примерно равной трудоемкостью, перечнем и кол-вом стр-ых процессов, продолжительностью их выполнения. Разбивку зд. на захватки осущ-ют след. образом. Размеры захваток устанавливают исходя из планировочных, объемных и конструктивных решений и направлений основных процессов возведения зд. Захваткой могут быть приняты несколько фундаментов под колонны, стеновое ограждение из панелей в пределах нескольких шагов колонн, секция или полусекция жилого зд. при выполнении кирпичной кладки.

Иногда объект стр-ва расчленяют на технологические ярусы. Разбивка на ярусы – высотная разбивка, обусловленная допустимостью перерыва в бетонировании и возможностью образования температурных швов. Так, однаэт. здание разбивают на 2 яруса: первый - фундаменты, второй - все .стальные конс-ции каркаса. В многоэтажном за ярус принимают полностью I этаж с перекрытиями. Превышение высоты яруса более 4 м не желательно т.к. при большей высоте при бетонировании увеличивается боковое давление на опалубку. Необходимость такого расчленения по вертикали возникает когда по конструктивным особенностям объекта фронт работ открывается в процессе их выполнения. Фронт работ - определенный участок стр. объекта, выделяемый бригаде или звену. Для бригады - это захватка, для звена – делянка.

При возведении зд. используются технические средства. К ним относятся стр.машины, механизмы, подручные тех. средства н различные приспособления.

Стр. машины - передвижные или стационарные тех. средства с рабочим огранном, приводимым двигателем в действие. Механизмы в отличии от машин неимеют спец. двигателя. Рабочий орган приводится в действие через соотв-ший преобразователь движения самими стр.органами (лебедки, катки и т.д.).

Подручным тех. средством яв-ся личным орудием труда рабочих: ручной инструмент (лопата, молоток и т.д.); механизированный инструмент имеет бензо- или электродвигатель - это ручные машины.

Технологическая оснастка нужна дня обеспечения удобства безопасности работы, сохранять сройматериалы, полуфабрикаты и детали (контейнера, кассеты, бункера, баллоны с газом и жидкими вещ-ми).

Энергетическая оснастка нужна для обеспечения работы стр. машинами и мех. инструментами, технологическую нужду, освещение и др. производственные нужды (компрессоры, трансформаторы, осветительные и электросиловые проводки и др.).

Эксплуатационная оснастка обеспечивает условия нормальной эксплуатация стр. машин, механизмов, инструмента и т.д. ( подкрановые пути, ограничители движения, сигнальные приспособления, станки точильные, заправочные аппараты и др.).

Персональная оснастка обеспечивает возможность стр. рабочим трудиться безопасно, особенно на высоте (лестницы, ограждения, стремянки, люльки и др.).

Транспортные тех.средства ( краны, бетононасосы, транспортеры и др.) обеспечивают доставку материал, элементов и тех. средств к возводимым зд. и соор. При I совместной организации труда рабочих в целях повышения эффективности их труда бригаду оснащают нормокомплекгом технических средств. Нормокомплект - совокупность техсредств оснащения рабочего места бригады, определенного численного состава для выполнения работы утвержденной технологии с нормативной производительность труда (средства малой механизации, механиз. и ручной инструмент, тех оснастка, средства измерений и контроля, средства индивидуальной защиты рабочих).

2. Разбивка объекта на захватки.

Закрепление грунтов — это искусственное изменение строительных свойств грунтов различными физико-химическими способами. Такое преобразование обеспечивает увеличение их прочности, устойчивости, уменьшение сжимаемости и водонепроницаемости. Существует два основных способа закрепления грунтов: поверхностное и глубинное.

Поверхностное закрепление выполняют на глубину до 1 м. При этом способе грунт предварительно разрыхляется, перемешивается с закрепляющими материалами (вяжущие, цемент, известь и др.) и затем уплотняется. Глубинное закрепление предусматривает обработку грунтов без нарушения их естественного сложения путем инъекции закрепляющих материалов, термообработки и замораживания, с использованием предварительно пробуренных скважин, шпуров или забиваемых инъекторов. Инъекцию производят с использованием вяжущих, силикатных материалов и смол.

Методы глубинного укрепления грунтов

Для повышения несущей способности грунтовых оснований применяют следующие способы искусственного закрепления грунтов:

• Химический (цементация, битумизация и смолизация)
• Термический
• Искусственное замораживание
• Электрический
• Электрохимический
• Механический

Химическое закрепление грунтов

Химическое закрепление грунтов инъекцией в строительстве в настоящее время осуществляется способами силикатизации, смолизации и цементации. Наиболее распространенная и популярная из технологий по закреплению грунтов — это цементация. Цементация — это процесс нагнетания в грунт жидкого цементного раствора или цементного молока по ранее забитым полым сваям. Цементация применяется для закрепления крупно- и среднезернистых песков, трещиноватых скальных пород путем нагнетания в грунт цементного раствора через инъекторы. В зависимости от размера трещины и пористости песка применяют суспензию с отношением цемента к воде от 1:1 до 1:10, а также цементные растворы с добавками глины, песка и других инертных материалов.

Радиус закрепления грунтов составляет в скальных грунтах — 1,2-1,5 м, в крупных песках — 0,5-0,75 м, в песках средней крупности — 0,3-0,5 м. Цементацию производят нисходящими зонами; нагнетание прекращают при достижении заданного поглощения или когда снижение расхода раствора достигнет 0,5 л/мин в течение 20 мин при заданном давлении.

При горячей битумизации в трещины породы или в гравийно-гравелистый грунт нагнетают через скважины горячий битум, который, застывая, придает грунтам водонепроницаемость. При холодной битумизации, в отличие от горячей, нагнетают 35—45-процентную тонкодисперсную битумную эмульсию. Способ используется для очень тонких трещин в скальных грунтах, а также для уплотнения песчаных грунтов.

Смолизацию применяют для закрепления мелких песков и выполняют путем нагнетания через инъекторы в грунт смеси растворов карбамидной смолы и соляной кислоты.

Силикацией закрепляют песчаные и лессовые грунты, нагнетая в них химические растворы. Через систему перфорированных трубок-инъекторов в грунт последовательно нагнетаются растворы силиката натрия и хлористого кальция. Получающийся в результате реакции гель кремниевой кислоты придает грунту значительную прочность и водонепроницаемость.

Термическое закрепление грунтов

Термическое закрепление является результатом сжигания топлива (газообразного, жидкого, сжиженных газов) непосредственно в скважинах, пробуренных на всю глубину закрепляемого грунта. Закрепление грунта в скважине происходит под действием пламени, а в теле массива — от раскаленных газов, проникающих сквозь поры грунта. В результате вокруг скважины образуется столб обожженного грунта, диаметр которого зависит от продолжительности обжига и количества топлива. Этим способом можно закрепить грунты и устранить их просадочность на глубину до 15 м, доведя прочность в среднем до 1 МПа.

Искусственное замораживание грунтов является универсальным и надежным методом временного закрепления слабых водонасыщенных грунтов. Сущность данного метода заключается в том, что через систему замораживающих скважин, расположенных по периметру и в теле будущей выработки, пропускается хладоноситель с низкой температурой, который, отнимая от окружающего грунта тепло, превращает его в ледогрунтовый массив, обладающий полной водонепроницаемостью и высокой прочностью.

В зависимости от вида хладоносителя различаются два способа замораживания: рассольный и сжиженным газом. В первом случае рассол-хладоноситель представляет собой высококонцентрированный раствор хлористого кальция или натрия, предварительно охлажденный в испарителе холодильной машины до температуры минус 25° С. В качестве хладагента в холодильных машинах используются аммиак, фреон или жидкий азот. Во втором случае в качестве хладоносителя сжиженных газов используется главным образом жидкий азот, имеющий температуру испарения минус 196° С.

Электрический способ закрепления грунтов

Электрическим способом закрепляют влажные глинистые грунты. Способ заключается в использовании эффекта электроосмоса, для чего через грунт пропускают постоянный электрический ток с напряженностью поля 0,5-1 В/см и плотностью 1-5 А/кв.м. При этом глина осушается, уплотняется и теряет способностью к пучению.

Электрохимический способ отличается от предыдущего тем, что одновременно с электрическим током через трубу, являющуюся катодом, в грунт вводят растворы химических добавок (хлористый кальций и др.). Благодаря этому интенсивность процесса закрепления грунта возрастает.

Механический способ укрепления грунтов

Механический способ укрепления грунтов имеет следующие разновидности: устройство грунтовых подушек и грунтовых свай, вытрамбовывание котлованов и др.

Устройство грунтовых подушек заключается в замене слабого грунта основания другим, более прочным, для чего слабый грунт удаляют, а на его место насыпают прочный грунт и послойно утрамбовывают. При устройстве грунтовых свай в слабый грунт забивают сваю-лидер. В полученную после извлечения этой сваи скважину засыпают грунт и послойно уплотняют. Вытрамбовывание котлованов осуществляется с помощью тяжелых трамбовок, подвешенных на стреле башенного крана. Этот способ менее сложен, чем способ грунтовых подушек, поскольку не требует замены грунта основания. Также уплотнение котлованов значительных размеров может осуществляться гладкими или кулачковыми катками, трамбующими машинами, виброкатками и виброплитами.

Способы искусственного закрепления грунтов в основании зданий и сооружений

Достаточно часто приходится возводить сооружения на слабых, рыхлых и сыпучих грунтах. В этих случаях грунты в естественном состоянии имеют сопротивление меньше необходимого. Поэтому, прежде чем возводить сооружение на таких почвах, необходимо повысить их прочность и устойчивость, это достигается созданием искусственных оснований.

Существуют различные способы искусственного закрепления грунтов в зависимости от их физико-механических свойств.

Рис. 1. Виды искусственных оснований: а — устройство гравийных или песчаных подушек; б — физико-химическое закрепление грунта; в — термохимическое; 1 — слой песка, гравия; 2 — трубы для нагнетания закрепляющих растворов; 3 –закрепляемый массив грунта; 4 –оседающие грунты; 5 — грунтовый столб; 6 — скважина для сжигания горючих продуктов

Устройство песчаных подушек (рис. 1 а).

Слабые грунты под подошвой фундамента можно заменить распределительной песчаной подушкой. Подушки применяются для снижения глубины заложения фундаментов, уменьшения общей величины их осадки, повышения прочности основания. Материалом для них служат чистые крупные, средней крупности и мелкие пески без наличия в них глинистых фракций и органических примесей, а также мерзлых включений.

Утрамбованные в грунты щебень или гравий.

Для уплотнения слабых водонасыщенных грунтовых оснований, вместе с их трамбовкой на уровне подошвы фундамента, можно применять утрамбовку щебня, камня, гравия и т.д. Для этого на верхний слой грунта основания насыпают слой щебня высотой до 30 см, который ударами трамбовки уплотняют до тех пор, пока в промежутках между щебнем не появится мягкий грунт. После чего на утрамбованный щебень насыпают еще слой и также трамбуют. Подсыпку щебня и трамбовку повторяют до тех пор, пока удары трамбовки не перестанут давать осадку в верхнем слое грунта. Обычно щебень утрамбовывают на глубину 30 — 60 см.

Физико-химические методы

Закрепление грунтов (рис. 1. б), основанное на нагнетании по перфорированным трубам в грунт соответствующих растворов, при твердении которых, грунт каменеет и имеет значительно большую несущую способность. К основным методам искусственного закрепления основания относят: силикатизацию, смолизацию, цементизацию, электрохимическое закрепление, термическую обработку, битумизацию и глинизацию.

Силикатизация — нагнетание в грунт растворов, которые в своем составе содержат силикат натрия (жидкое стекло). Используются для пылевидных и мелких песков и лессовых грунтов. Силикатизация заключается в закачке в почву через инъекторы жидкого раствора силиката натрия с добавками коагулятора. Глубина закрепления зависит от грунтовых условий и особенностей зданий.

Смолизация — нагнетание в грунт карбамидной смолы с соляной или щавелевой кислотой, используется для закрепления песчаного грунта различной крупности. Некоторым преимуществом смолизации перед силикатизацией является возможность достижения большей прочности закрепленного массива. В зависимости от коэффициента фильтрации грунта, радиус закрепления во время смолизации колеблется от 0,3 до 1 м.

Цементация — нагнетание в грунт смеси цемента, воды и добавок в виде мелкого песка, каменной муки и т.п. Применяют для грунтов, которые имеют большую водопроницаемость. Для цементации используют растворонасосы. Радиус закрепления определяют опытным путем.

Электрохимическое закрепление грунта— через перфорированный анод вводят в грунт химические вещества, такие, как раствор силиката натрия и хлористого кальция. Введение этих химических веществ позволяет закрепить пылеватые пески, супеси и легкие суглинки.

Термическая обработка почвы применяется в толщах лессовых грунтов. Суть термического закрепления грунта состоит в сжигании жидкого, твердого или газообразного топлива, которое через форсунку под давлением подают в предварительно пробуренные скважины (рис. 1. в). Одновременно в скважину с помощью компрессора через трубу подают воздух, чтобы обеспечить горение. После повышения температуры в скважине до 400 ° С начинается активное выжигания лессового грунта по ее стенкам. В конце процесса создается столб обожженного грунта диаметром 1,5 … 3 м.

Битумизация и глинизация — этот метод используют для уменьшения водопроницаемости грунтов, при этом в скважины нагнетают расплавленный битум или битумную эмульсию с коагулянтом. Битум заполняет полости и трещины в грунте, фильтрация воды прекращается или сильно снижается.

Глинизацию применяют для уменьшения водопроницаемости песков. Нагнетание глинистой суспензии в сравнительно тонкие поры песка приводит к выпадению глинистых частиц — до заиливания песков.

Читайте также: