Для чего применяются песчаные сваи: Для чего применяются песчаные сваи

Песчаные сваи — Свайные фундаменты

Песчаные сваи впервые стали применяться для уплотнения грунтов еще в XIX в. Однако их применение носило опытный характер. Песчаные сваи устраивали только в основаниях под одноэтажные здания, а качество уплотнения грунтов песчаными сваями не было оценено объективно. По данным А. А. Эрлиха, песчаные сваи в СССР были применены впервые при строительстве здания холодильника в Днепропетровске, а в 1932-1933 гг. — для уплотнения основания лесохимического комбината. Эти сваи имели длину 5 м и диаметр 25 см. В 1932 г. С. А. Шашков составил временную инструкцию на производство работ по изготовлению песчаных свай.

Методы расчета песчаных свай были впервые предложены Г. Л. Медведевым и Ю. М. Абелевым. Однако несовершенство технологии устройства этих свай, а также недостаточно разработанные методы расчета затормозили их применение в СССР практически до 1951 г.

В 1950-1956 гг. в Прибалтике под руководством Ю. М.

Абелева и Е. В. Светинского песчаные сваи были устроены в основаниях четырех жилых зданий, железнодорожной эстакады и нескольких промышленных объектов. Как показало технико-экономическое сравнение, уплотнение слабых глинистых грунтов песчаными сваями оказывается более выгодным методом по сравнению с уплотнением оснований жесткими железобетонными висячими сваями. Технико-экономические показатели упрочнения оснований песчаными и жесткими сваями приведены в табл. III.1, составленной Е. В. Светинским.

Сущность метода уплотнения грунтов песчаными сваями заключается в следующем. При забивке в грунт металлической трубы с закрытым концом или железобетонной сваи вокруг них возникает зона уплотненного грунта за счет его смещения из участка образования сваи в окружающую область. Как показали исследования, при забивке сваи диаметром 40-50 см, вокруг нее образуется зона уплотненного грунта на расстоянии до полутора метра от центра сваи.

По существу песчаная свая — это песчаная дрена, только с уплотненной зоной вокруг нее.

Принцип работы песчаной сваи отличается от принципа работы висячей железобетонной сваи, вокруг которой тоже возникает уплотненная зона. Разница состоит в том, что после приложения нагрузки к основанию практически вся она воспринимается железобетонными сваями, так как модуль деформации железобетонной сваи (200 000 кгс/см

2) во много раз превышает модуль общей деформации уплотняемых грунтов (30-50 кгс/см2), и передается грунтам через нижние концы свай. Модуль деформации материала песчаной сваи (100-150 кгс/см2) ненамного отличается от модуля общей деформации окружающих песчаную сваю грунтов. Поэтому песчаная свая воспринимает нагрузку вместе с окружающим ее уплотненным грунтом. Иными словами, фундамент, расположенный на основании, уплотненном песчаными сваями, следует рассчитывать как фундамент на естественном основании, но в качестве модуля общей деформации основания принять модуль грунта после его уплотнения.

Чтобы ускорить консолидацию слабых водонасыщенных глинистых грунтов при помощи вертикальных дрен, необходимо, как было сказано выше, обжать грунты пригрузочной насыпью — отжать поровую воду. При устройстве песчаных свай пригрузочной насыпи не требуется. После забивки металлической трубы в грунт в уплотненной зоне возникают большие напряжения (на контакте напряжения достигают 8 кгс/см2). Они воспринимаются поровой водой, в ней возникает избыточное давление, под действием которого вода перемещается в песчаную сваю.

Следует отметить, что при забивке в водонасыщенные глинистые грунты железобетонной сваи в поровой воде вокруг нее также возникают большие давления. Однако в этом случае поровая вода может либо перемещаться по контактной поверхности со сваей, либо отжиматься в противоположном от сваи направлении. Очевидно, что при устройстве песчаных свай уплотнение водонасыщенных глинистых грунтов происходит значительно быстрее, чем при забивке свай железобетонных.

После устройства вертикальных песчаных свай модуль общей деформации грунта увеличивается. Так, после устройства песчаных свай для жилых зданий в Риге модуль деформации слабых водонасыщенных грунтов увеличился в 3-4 раза (см.

рис. III.12). Как правило, модуль общей деформации грунтов после устройства песчаных свай равен модулю общей деформации грунтов, уплотненных в компрессионном приборе до пористости, равной пористости грунта (среднее значение) между сваями.

Производство работ по глубинному уплотнению слабых водонасыщенных глинистых грунтов песчаными сваями осуществляется следующим образом. На площадке, где предполагается устроить песчаные сваи, отсыпают песчаную подушку толщиной 0,5-0,7 м для беспрепятственного прохода механизмов, с помощью которых устраивают сваи (экскаватор или копер, самосвалы, перевозящие песок, погрузчик и т.п.).

Рис. III.12 Изменение сжимаемости грунтов основания после устройства песчаных свай
1 — уплотненный грунт; 2 — неуплотненный грунт

Песчаные сваи устраивают тем же практическим способом, что и вертикальные песчаные дрены. Разница заключается лишь в необходимости очень тщательного уплотнения песка в теле сваи.

В СССР наиболее часто песок в теле сваи уплотняют по методу «свая в сваю», т. е. после того, как песчаная свая будет устроена и труба с самораскрывающимся башмаком извлечена из грунта, створки башмака снова закрывают, надевают кольцо на низ башмака, и трубу снова погружают в тело уже устроенной сваи. Обычно считается удовлетворительным, если при повторном погружении трубы ее удается опустить до глубины, составляющей 0,8 длины песчаной сваи. Затем в трубу снова порциями засыпают песок и извлекают ее из грунта. Этот метод позволяет прекрасно уплотнять слабые водонасыщенные глинистые грунты, так как диаметр песчаных свай вместо 40-50 см получается фактически равным 60-70 см. Кроме того, этот способ дает гарантию непрерывности сваи по всей ее длине. Над песчаными сваями устраивают песчаную подушку толщиной 50 см (даже в том случае, если она не требуется для производства работ).

Обычно при забивке трубы с закрытым концом из соседней (уже изготовленной) песчаной сваи вода часто фонтанирует.

Поэтому, чтобы частицы грунта не выносились с водой, для заполнения свай должен использоваться песок средне- или крупнозернистый, содержание пылеватых и глинистых частиц в песке не должно превышать 10%, а только глинистых частиц не более 3%.

Сваи устраивают от периметра к центру. При необходимости большого количества свай их устраивают рядами, т. е. первоначально нечетные ряды, а затем четные. В зимних условиях необходимы меры, исключающие смерзание песка в комья.

Методы уплотнения грунта. Комплексный проект.

Общее описание 

Механические методы закрепления грунтов дают возможность уплотнять дисперсные грунты внешними нагрузками — давлением, ударами, вибрацией.

Устройство искусственных оснований посредством уплотнения подразделяется на поверхностное уплотнение и глубинное.

Поверхностное уплотнение выполняется — трамбованием, укаткой, подводными взрывами и пр..

При глубинном уплотнении устраивают песчаные, грунтовые сваи, выполняют глубинное виброуплотнение или уплотнение статической нагрузкой вместе с устройством вертикального дренажа. Бывает достаточно произвести водопонижение массива грунтов основания для эффективного уплотнения.

Уплотнение выполняют до определенного отказа, величина которого зависит от вида и физического состояния грунтов и от способа уплотнения. Один из важных факторов (характеристика) влияющих на величину уплотняемости грунта — оптимальная влажность, которая определяется в лабораторных условиях. Эта характеристика особенно важна для пылевато-глинистых грунтов.

Оптимальная влажность грунта является целевым значением влажности при выполнении строительно-монтажных работ, т.е. влажность грунтового массива стараются привести к близким значениям к оптимальной влажности, посредством подсушки (водопонижения) или увлажнения грунтового массива.

Требования к проектам

При разработке проектной документации на устройство уплотняемых оснований как правило оговаривают:

  • данные о нагрузках на основание;
  • геометрические параметры уплотняемого (искусственного) массива или слоя;
  • для однородных грунтов указывается степень уплотнения — требуемая плотность сухого грунта;
  • для разнородных слоев назначают коэффициент уплотнения грунта;
  • технологию работ, толщину уплотняемых слоев, тип уплотняющего оборудования;
  • требования к подготовительным работам;
  • рекомендации к опытному уплотнению — в полевых или лабораторных условиях;
  • требования к геотехническому мониторингу.

Уплотнение укаткой — выполняется катками и самоходными установками, скреперами, тракторами. Уплотнение грунтов укаткой ведется на небольшую глубину с послойным возведением в среднем, по 6 — 12 циклов укатки на один слой.


Уплотнение трамбующими машинами — этот метод применяется как правило, в стесненных условиях (возведение обратных засыпок, возведение вблизи подземных конструкций). Подразделяют трамбующие машины ударного действия, вибрационные и виброударные. Машины и механизмы ударного действия эффективны для всех типов и видов грунтов, другие механизмы — только для песчаных грунтов.


Уплотнение тяжелыми трамбовками — выполняется железобетонными трамбовками массой до 15т., посредством свободного сбрасывания трамбовки краном с высоты до 10м, по 2-4 раза на след.

В последние годы стали применять особо тяжелые трамбовки массой до 80-100т, использование которых позволяет уплотнять массив лессовых пород на глубину до 3. 5м и более.

Метод эффективен для всех видов грунтов.

 


 Уплотнение подводными взрывами — выполняется на площадках строительства в затопленных котлованах со слоем воды до 2-х метров. Суть заключается в использовании энергии взрыва, который производится зарядами весом 0.5-1.5 кг, размещенных с шагом до 1.5м. При этом уплотнение грунта происходит на глубину до 4м.

 


 Вытрамбовывание котлованов — производится сбрасыванием в один и тот же участок земли трамбовки с формой будущего фундамента, например трапециевидной сваи. В сформированную таким образом полость устанавливают арматурный каркас и заполняют бетоном, в результате чего получается фундаментная конструкция. Котлованы вытрамбовываются под разный тип фундаментов — ленточные прерывистые, отдельно стоящие и пр.. Часто для дополнительного упрочнения основания в дно котлованов втрамбовывают жесткий материал — щебень или гравий.


 Песчаные сваи — с помощью этого метода увеличивается плотность массива грунта и увеличивается дренирование грунтовых вод, что способствует ускорению процесса консолидации водонасыщенных глинистых оснований. Суть методики состоит в том, что в массив грунта погружается инвентарная труба с закрытым концом специальной заглушкой, после погружения происходит удаление заглушки и труба заполняется песчано-гравийной смесью или песком, затем происходит извлечение обсадной трубы с вибрированием, таким образом, что песок остается в толще грунта. После этого возможно повторение всего цикла, в результате чего толщина песчаных свай увеличивается до 80см, а плотность окружающего массива грунта значительно возрастает. Устройство песчаных свай производится по решениям предусмотренных в проектной документации.


 Грунтовые сваи — выполняются в предварительно пробуренных скважинах или в вытрамбованных полостях, которые затем засыпаются грунтом с послойным трамбованием. Засыпку скважины производят как правило, местным грунтом или песком. В некоторых случаях, полость скважины предварительно расширяют и уплотняют энергией взрыва, что увеличивает плотность окружающего массива. Количество скважин для устройства грунтовых свай и расстояние между ними является расчетной величиной и определяется проектом. С помощью такой методики возможно устройство искусственного основания глубиной до 20м. Наибольший эффект достигается при использовании в лессовых грунтах.


Известковые сваи — используют в слабых пылевато-глинистых и заторфованных грунтах. Для устройства известковых свай выполняют бурение скважин диаметром до 500мм которые затем, заполняются негашеной известью. Таким образом, первоначально при погружении извести происходит увеличение скважины и уплотнение окружающего грунта, затем, после вступления в реакцию с водой известь дополнительно увеличивается в объеме до 80%, что приводит к еще большему уплотнению массива. К тому же, при гашении извести водой выделяется тепло и повышается температура тела сваи вплоть до 300 градусов С, что вызывает частичное испарение поровой воды. В случаях устройства скважин в неустойчивых грунтах, при которых происходит обрушение стенок скважин, применяются технологии используемые при устройстве песчаных свай.

Глубинное виброуплотнение — используют в массивах грунтов с рыхлыми песками природного залегания. Для этого в массив погружают вибраторы (вибробулавы) и подают импульс, после чего в результате вибрации, частицы песка приходят в движение и перераспределяются в более компактном виде. Часто, для повышения эффективности процесса, в зону вибрирования, подают воду (гидровиброуплотнение). Таким образом плотность массива может быть доведена до оптимальных значений, а общая высота уплотняемой толщи достигать 20 метров.

Предварительное уплотнение оснований статической нагрузкой — выполняется отсыпкой (пригрузкой) насыпи мощностью необходимой для создания напряжений под подошвой соизмеримого с напряжениями под фундаментами будущего здания. Таким образом, этот способ используется для строительства невысоких, малоэтажных зданий, или плоскостных сооружений — дорог, резервуаров и пр. . Недостаток этого метода заключается в том, что требуется длительное время для завершения процессов стабилизации осадок массива основания.

Уплотнение грунта водопонижением — этот метод эффективен для оснований сложенных мелкими и пылеватыми песками. Для этого используют иглофильтровальные установки или эжекторные иглофильтры (для пылевато-глинистых грунтов), которые позволяют понизить уровень грунтовых вод до глубины 25м. Для пылевато-глинистых грунтов с особо низким коэффициентом фильтрации (менее 0.1 м/с) применяется электроосмос — система иглофильтров катодов и анодов. При пропускании через массив грунта постоянного  электрического тока происходит движение воды от анода к катоду, что обеспечивает увеличение коэффициента фильтрации в 10-100 раз. Снижение уровня грунтовых вод приводит к уплотнению грунтового массива.

Уплотнение грунта, как метод преобразования свойств грунтов, позволяет снижать пористость, увеличивать плотность грунта, формировать новые структурные связи, что увеличивает прочностные и деформационные характеристики грунта.

Наша организация предлагает комплексные работы по подготовки проектной и рабочей документации по разработке мероприятий по уплотнению грунтов оснований фундаментов.

РАЗРАБОТКА ДОКУМЕНТАЦИИ НА СТРОИТЕЛЬСТВО

Более полную информацию по разработке документации по усилению фундаментов вы можете получить позвонив нам по телефону + 7 (499) 350-23-58, или оставив заявку по форме или по электронной почте.

Грунтовые сваи


Д. Песчаные сваи

Г. Вытрамбовывание котлованов

 

Метод заключается в образовании в грунтовом массиве полости путем сбрасывания в одно и то же место трамбовки, имеющей форму будущего фундамента. Затем полость заполняется бетонной смесью.

Метод эффективен тем, что во время вытрамбовывания, грунт вокруг образуемой полости уплотняется, за счет чего увеличивается несущая способность основания и снижается деформируемость, а сооружение монолитной фундаментной конструкции не требует применения опалубки.

 

Рис. 12.8. Схемы устройства методом вытрамбовывания котлованов фундаментов с плоской подошвой (а), с заостренной подошвой обычного типа (б) и с уширенным основанием (в):

1 – стакан для установки колонны; 2 – фундамент; 3 – зона уплотнения; 4 – втрамбованный жесткий грунтовый материал

 

Вытрамбовывание выполняют путем сбрасывания трамбовки весом 1,5…10т (до 15т) по направляющей мачте с высоты 3…8(м) в одно место. (≈10…20 ударов)

Трамбовку изготавливают из листовой стали толщиной 8…10(мм) в форме будущего фундамента и заполняют ее бетоном до заданной массы.

Такой способ устройства фундаментов позволяет сократить объем земляных работ в 3…5 раз, практически полностью исключить опалубочные работы, снизить расход бетона в 2…3 раза, металла в 1,5…4 раза, а стоимость и трудоемкость уменьшить в 2…3 раза.

 

 

 

применяются для уплотнения сильно сжимаемых пылевато-глинистых грунтов, рыхлых песков, заторфованных грунтов на глубину до 18…20(м). (см. рис. 12.9)

 

Рис.12.9. Схема устройства песчаных свай:

а – погружение обсадной трубы; б – извлечение обсадной трубы и засыпка скважины песком; в – схема песчаной сваи; 1 – обсадная труба; 2 – самораскрывающийся наконечник; 3 – песчаная свая; 4 – зона уплотнения

Применяется также метод « свая в сваю». Суть его заключается в том, что после того, как инвентарная труба извлечена из грунта, створки наконечника закрывают, и труба повторно погружается в тело уже устроенной сваи (получается погрузить до 0,8

hсв), снова засыпается порцией песка, и труба постепенно извлекается.

Получившиеся песчаные сваи, помимо уплотнения грунта, играют роль вертикальных дрен, за счет чего существенно ускоряется процесс консолидации водонасыщенных глинистых оснований.

Сваи размещают обычно в шахматном порядке с пересечением зон уплотнения.

 

 

Рис.12.10. Схема размещения песчаных свай в плане:

1 – песчаная свая; 2 – зона уплотнения

 

применяютсядля уплотненияи улучшения строительных свойств просадочных макропористых и насыпных пылевато-глинистых грунтов на глубине до 20(м).

Суть метода: устраивается вертикальная скважина (полость) путем погружения металлической трубы (пробойника) d≈40(см), которая затем засыпается местным грунтом с послойным уплотнением.

В результате образуется массив уплотненного грунта, характеризующийся повышенной прочностью и более низкой сжимаемостью, в просадочных грунтах устраняются просадочные свойства.

 

 

 

Рис.12.11. Схема устройства грунтовых свай способом сердечника:

а – образование скважины забивкой инвентарной сваи; б – извлечение инвентарной сваи; в – заполнение скважины грунтом с трамбованием; 1 – инвентарный башмак; 2 – сердечник; 3 – молот; 4 – трамбовка; 5 – уплотненный грунт заполнения

Рис.12.12. Схема образования скважин энергией взрыва:

а – устройство скважины – шпура; б – скважина – шпур, подготовленная к взрыву; в – готовая скважина; 1 – башмак; 2 – буровая штанга; 3 – наголовник; 4 – молот; 5 – деревянный брусок для подвески заряда; 6 – детонирующий шнур; 7 – заряд ВВ

Известковые сваиприменяются для глубинного уплотнения водонасыщенных глинистых и заторфованных грунтов. Устраивают их также как грунтовые или песчаные сваи.

Пробуренную скважину dскв=320…500(мм) (или с обсадной инвентарной трубой) заполняют негашеной комовой известью трамбованием.

Негашеная известь (при взаимодействии с поровой водой) гасится и в процессе гашения увеличивается в объеме. Общее увеличение объема сваи (за счет трамбования и гашения ) составляет 1,6…2 раза.

Температура тела сваи при гашении достигает . Соответственно происходит частичное испарение поровой воды, в результате чего уменьшается влажность грунта (осушение примыкающей зоны) и ускоряется уплотнение.

Также происходит физико-химическое закрепление грунта в зонах примыкающих к поверхности сваи, увеличиваются прочностные и деформационные характеристики грунта.

Стоимость известковых свай довольно низкая, поэтому они относятся к одним из самых дешевых способов улучшения свойств слабых водонасыщенных оснований.

 



Перейти к содержимому

Искусственное повышение несущей способности основания

§ 26.

Общие положения

В практике строительства сооружений различного назначения иногда бывает экономически целесообразным не прорезать фундаментами значительную толщу слабых грунтов, а использовать последние в качестве оснований, предварительно укрепив их тем или иным способом с целью повышения несущей способности. Грунты укрепляют как для повышения их прочности, так и для уменьшения сжимаемости и просадочности.

Методы искусственного укрепления грунтов находят достаточно широкое применение в промышленно-гражданском строительстве. В мостостроении их применяют редко, преимущественно при усилении фундаментов существующих сооружений. Используемые в практике фундаментостроения многообразные способы искусственного повышения несущей способности грунтов можно свести к следующим основным методам: уплотнение грунтов; закрепление грунтов; замена слабых грунтов.

В настоящее время достаточно хорошо освоены и широко применяются механическое уплотнение, цементация и силикатизация грунтов, в меньшем объеме — обжиг и электрическое закрепление грунтов и пока редко — смолизация.

§ 27. Уплотнение грунтов

Уплотнение грунтов представляет собой механический процесс сближения частиц грунта, в результате которого уменьшается его пористость по сравнению с естественной и, как следствие этого, повышается его несущая способность. Различают способы поверхностного (на глубину до 2,5 м) и глубинного (на глубину 12 м и более) уплотнения грунтов. Поверхностное уплотнение производят укаткой, трамбованием или вибрацией. Для осуществления глубинного уплотнения используют воздействие вибрации, взрывов, применяют грунтовые и песчаные сваи, бумажные дрены и т. п.

Укатку и трамбование рекомендуется вести при влажности грунтов, близкой к оптимальной, т. е. при той, при которой достигается наибольший эффект уплотнения. Оптимальная влажность для песка мелкого и средней крупности составляет 10—15%; для песка пылеватого — 14—23%; для супесей — 9—15%; для суглинков принимается на 1%, а для глин на 2% ниже влажности на границе раскатывания. Увлажнение грунта с целью доведения его влажности до оптимальной осуществляют поливочной машиной или из шлангов.

Грунт укатывают тяжелыми катками различных конструкций, которые широко применяют в дорожном строительстве для уплотнения насыпей. За один проход катка грунт уплотняется на глубину до 20 см, а при многократном проходе — до 60 см. Методом укатки целесообразно уплотнять супеси, суглинки и глины на значительных по площади территориях.

Для уплотнения грунтовых оснований фундаментов сооружений разного назначения, включая мосты, катки не используют. В этих случаях более целесообразно применение трамбовок различных конструкций, в том числе свободно падающих, дизельных, пневматических и вибрационного действия.

Наиболее простыми и достаточно эффективными являются тяжелые трамбовки, сбрасываемые с высоты 3—4 м на уплотняемый грунт посредством кранов, оснащенных фрикционными лебедками. Такие трамбовки массой до 3,5 т делают из чугуна или железобетона в форме усеченного конуса с основанием диаметром 1—2 м.


Рис. 6.1. Изменение плотности сухого лессовидного грунта рd по глубине d; 1 — до уплотнения; 2 — после уплотнения трамбовкой диаметром 1,25 м; 3 — первоначальная поверхность грунта; 4 поверхность грунта после трамбования

Тяжелыми трамбовками можно хорошо уплотнять насыпные, рыхлые песчаные и сильно сжимаемые глинистые и лессовые грунты. При трамбовании грунт уплотняется на глубину до 2,5 м (рис. 5.1), что обеспечивает повышение несущей способности основания до 30%. Подвергнутый трамбованию лессовый грунт, как правило, теряет просадочные свойства в пределах зоны уплотнения и осадка его значительно уменьшается. Одной тяжелой трамбовкой в течение смены можно уплотнить 100— 150 м2 площади основания. Существенным недостатком использования тяжелых трамбовок является быстрая изнашиваемость тросов, лебедок и кранов.

Более совершенным способом поверхностного уплотнения несвязных грунтов является вибрационный. В практике возведения сооружений применяют виброплощадки и виброкатки массой от 1,6 до 20 т. Вынуждающая сила вибраторов 100—220 кН при частоте колебаний 600— 3000 мин-1. Подобными механизмами за  1ч можно уплотнять грунт на площади 50—300 м2 на глубину 1—2 м.

Для глубинного уплотнения рыхлых песков, содержащих не более 20% пылеватых и глинистых частиц, наиболее эффективно использование гидровиброуплотнения.

В зависимости от гранулометрического состава пористость уплотняемого песка может быть снижена с 50 до 26%. При этом по мере уплотнения поверхность грунта понижается на 10—20% толщины слоя, что необходимо учитывать при назначении отметки верха уплотняемого массива.

Для глубинного уплотнения песчаных грунтов в пределах суши применяют гидровибратор в виде толстостенной стальной трубы диаметром 15—20 см, в нижней части которой установлен вибратор. В трубе сделаны отверстия для подачи напорной воды под давлением 0,3—0,6 МПа в уплотняемую зону грунта в процессе работы вибратора.

В зависимости от конструкции вибраторы могут уплотнять грунт в радиусе до 2 м и на глубину до 12 м с производительностью от 200 до 600 м3 грунта за 1 ч.

Сущность уплотнения основания грунтовыми сваями заключается в устройстве в его, пределах скважин, заполняемых грунтом с последующим уплотнением. Скважины устраивают путем вытеснения грунта природного сложения из объема, занимаемого каждой из них, что позволяет существенно уплотнить находящийся между ними грунт. Благодаря увеличению плотности грунтов в сваях и в междусвайном пространстве несущая способность оснований из связных грунтов повышается до 40%, а из несвязных — в 1,5—2 раза. При этом уменьшается их сжимаемость и снижается степень фильтрации воды. Этим способом можно уплотнять рыхлые пески, макропористые грунты, а также суглинки и илы, находящиеся в мягкопластичном состоянии.

Расстояния между сваями принимают исходя из требуемой степени уплотнения грунта, его физико-механических свойств, а также реальных возможностей применяемого технологического оборудования.

В связных грунтах, способных держать вертикальные стенки, скважины пробивают инвентарным сердечником или взрывным способом. Заполняют их уплотненным глинистым грунтом, а в макропористых грунтах — теми же грунтами, но укладываемыми с трамбованием и увлажнением.

Для уплотнения водонасыщенных рыхлых песчаных грунтов, мелких и пылеватых песков, в том числе с прослойками суглинков и глин, применяют песчаные сваи. Технология их изготовления аналогична технологии изготовления грунтовых свай.

Технология. Основные принципы подготовки оснований под фундамент (Основания естественные и искусственные)

Технологический процесс подготовки оснований под фундаменты состоит из целого ряда этапов, во время которых решаются две основные задачи. Первое – доведение несущей способности грунта до проектной, и второе –  по всей поверхности обеспечение условий для надежного контакта основания с подошвой фундамента. В процессе подготовки оснований необходимо выполнить ряд работ, таких как осушение или увлажнение грунта, при необходимости уплотнение основания, подчистка дна траншей и котлованов. Последнюю операцию выполняют с помощью бульдозера по всей площади котлована. Бульдозер приступает к работе после экскаватора и срезает весь оставленный им грунт. Затем, непосредственно перед укладкой фундамента, подчистка дна траншее осуществляется вручную небольшими участками.

Далее вся поверхность основания выверяется визированием. Для этого пересечение осей стен и углов фиксируются с помощью колышков, при этом верхняя отметка определяется по нивелиру. При этом грунт, который оказывается выше данной отметки, необходимо при подчистке срезать вручную. Если в котлованах ведется механизированная подчистка, то грунт необходимо срезать ниже отметки колышка и подсыпать до верха песком. Таким образом не только значительно повышается контакт фундамента с основанием, но и практически исключается использование ручного труда. В том случае, если основание состоит в основном из насыпных или слабых естественных грунтов, необходимо увеличить несущую способность их поверхности на полтора – два метра в глубину.

 

 Как правило уплотняются макропористые сжимаемые грунты. Их основные разновидности: слабые глинистые, рыхлые песчаные, лессовые просадочные и другие. При этом есть отличия между глубинным и поверхностным уплотнением основания. В случае поверхностного уплотнения, работа осуществляется посредством послойного уплотнения грунта при устройстве подушек, либо уплотнение оснований кулачковыми или гладкими катками. Такие машины уплотняют слой глубиной до 0,5 т после многократной проходки по одному следу. То же самое можно сделать с помощью тяжелой тамбовки. Здесь тяжелое уплотнение происходит с помощью постройки грунтовых свай и виброуплотнения, а так же замачивания с глубинными взрывами и предварительного замачивания.

Процесс уплотнения тяжелыми трамбовками осуществляется с помощью свободного сбрасывания трамбовки весом 5 – 15 тонн. Сбрасывание происходит с высоты не менее 4-8 метров. Применяются, как правило, трамбовки с диаметром 1,2 – 3 метра по нижнему основанию. Необходимо подбирать размер и массу трамбовки в соответствии с требуемой глубиной уплотнения оснований. Когда рассчитывается вес трамбовки, необходимо учесть, что статическое давление на грунт должно составлять не менее 15 кПа. Некоторые компании используют сверхтяжелые трамбовки. В качестве примера можно привести работы по уплотнению насыпей и водонасыщенных песков во Франции. Там применялись трамбовки массой 200 тонн, которые с помощью специального крана сбрасывали с высоты 20 метров. Аналогичные работы проводились и в других странах. Так в Швеции и Англии, где уплотняли щебеночно-каменную насыпь на глубину до 40 метров, использовали трамбовки массой 40-50 тонн, а в Японии – даже массой 150 тонн.

Тяжелые трамбовки в основном применяются когда необходимо уплотнить рыхлые песчаные и пылевато-глинистые грунты. С поверхности открытого котлована основание уплотняют по всей площади будущего здания, либо под отдельными фундаментами. Изготовление трамбовок обычно происходит из из железобетона или металла в виде усеченного конуса с низкорасположенным центром тяжести. Таким образом можно добиться вертикальности падения и сохранить высокую устойчивость трамбовки при ударе по грунту.

Процесс выглядит следующим образом: трамбовка закрепляется на стреле крана с помощью специальной подвески, которая препятствует скручиванию крана. При этом высота, с котрой сбрасывается трамбовка, рассчитывается в зависимости от массы трамбовки. Для примера: если масса составляет 5-7 тонн, то высота сбрасывания должна быть примерно 6-8 метров. В том случае, если масса 10-15 метров, то высота сбрасывания должна быть не менее 12-15 метров.

В результате глубина уплотнения основания с помощью тяжелых трамбовок как правило достигает 2-8 метров, однако, как уже было сказано выше, эти показатели напрямую зависят от высоты сбрасывания, массы и диаметра трамбовки, числа ударов и природных характеристик грунта. В пылевато-глинистых грунтах, где степень влажности составляет не менее 0,75, применятеся поверхностное уплотнение.

Уплотнение можно провести наиболее эффективно, если добиться оптимальной влажности грунта. Грунт основания как правило имеет влажность значительно меньше оптимальной и в этом случае его нужно доувлажнить. Для этого определенное количество воды распределяется равномерно по уплотняемой площади. После того, как вода впитается и грунт подсохнет до состояния влажности, которая близка к оптимальной, можно производить уплотнение грунта.

Краны экскаваторы типа Э-10011 и Э-1252 обычно применяются для уплотнения оснований с тяжелыми трамбовками. При этом для трамбовок массой 10-15 тонн используют краны-экскаваторы типа Э-2503 и Э-2505. В процессе трамбования происходит снижение поверхности. По мере увеличения числа ударов, величина поверхности уменьшается и в результате, после определенного количества ударов, становится постоянной. Та предельная величина понижения, которая образуется от одного удара получила название «отказ при уплотнении трамбованием».

Необходимо произвести то количество ударов, при котором получится отказ. Если после достижения отказа продолжить тамбование, то это вызовет выпирание грунтов с поверхности основания и разрыхление. Установить необходимую величин отказов можно только опытным путем. Как правило, количество ударов связано с начальным уровнем плотности грунта и составляет в среднем 5-16 ударов.

Для определения величины отказов, нужно учитывать так же высоту сбрасывания тамбовки и ее параметры. Так, при использовании тамбовки массой 5-7 тонн, уплотнение грунта необходимо производить циклами, постепенно переходя от следа к следу. Производится по 2-3 удара в каждом цикле, после чего в каждой последующей серии ударов трамбование производится со смещением следов от последнего цикла на 50% от диаметра трамбовки.

Если используются трамбовки массой 10-15 тонн, то уплотнение ведется со смещением следов на 100% одного диаметра трамбовки. Определяется конкретное число ударов по каждому следу. Однако, существуют и сезонные особенности, так зимой уплотнение оснований с использованием тяжелых трамбовок можно делать лишь при талом грунте и определенном уровне влажности. Не стоит заниматься уплотнением мерзлых грунтов.

Вибрирование – еще один эффективный метод глубинного уплотнения различных грунтов. В первую очередь грунт необходимо увлажнить до состояния насыщения. Для этого трубчатую перфорированную иглу определенного диаметра (как правило это 19-25 мм) погружают на глубину 2 метра. Через иглу в грунт подается вода. Нужно учитывать, что для того, чтобы насытить водой 1 метр песка, потребуется 50-70 литров. Пускать воду нужно прямо в момент, когда иглу погружают в грунт. Затем, рядом с иглой в грунт опускают так называемую вибробулаву. Она работает на глубине, осуществляя вибрации, в течение примерно 20-30 секунд. Когда процесс уплотнения завершен, оба прибора – и ивбробулаву, и иглу достают из грунта. Очень важно при этом не останавливать подачу воды. Одно погружение занимает как правило не боее 3 минут.  При этом точки погружения располагаются в шахматном порядке на расстоянии до 1 метра друг от друга. Уплотнение поисходит под действием вибрации, которое заставляет тяжелые части грунта опускаться ниже.

Песчаные грунты на глубину до 7 метров целесообразно уплотнять с помощью гидровибратора, укрепленного на длинной штанге. Его перемещают с помощью крана. Песчаные или грунтовые сваи применяются для уплотнения заиленных или слабых глинистых грунтов. Чтобы установить их, используют инвентарную сваю- оболочку, выполненную из цельнотянутой трубы с толстыми стенками. Ее диаметр должен составлять 400-500 мм, она так же должна быть снабжена раскрывающимся или съемным башмаком.  Перед погружением оболочки, необходимо заранее рассчитать точки, в которые она будет опускаться. Оболочку погружают копром, которые должен быть снабжен пневматическим либо дизельным молотом. В некоторых случаях можно использовать самоходный кран, снабженный вибратором.

 В процессе погружения в грунт, наконечник сваи раздвигает и уплотняет его. При этом оболочка заполняется песком, либо перемятым грунтом. При полном заполнении оболочки, ее поднимают на поверхность. В процессе работы, створки башмака раздвигаются трамбуемым грунтом, а теряемый башмак остается под землей.  В результате, на глубину использования свай, возможно устранить просадку лессовых грунтов. Массивы лесса, расположенные еще ниже, уплотнить таким способом невозможно. Именно в этом заключается главный минус данного метода. В завершении работы осуществляется поверхностное уплотнение, после чего подчищается поверхность основания и дно котлована.

Чтобы давление от фундамента распределить на максимально большую площадь, можно устроить щебеночную или песчаную подушку. Этот метод применяется так же когда нужно заменить слой слабого грунта.  В процессе установки подушек есть много составляющих, в том числе привоз и разгрузка материала, работы по разравниванию уплотнению и увлажнению. Кроме того, необходимой выровнять поверхность до определенной отметки.  Если котлован достаточно велик и оборудован въездными траншеями, все необходимые материалы можно транспортировать и выгрузить на дно с помощью самосвалов. В том случае, когда отсыпание подушки производится в сухом котловане, песок и щебень можно выровнять слоями примерно 20 см толщиной, используя для этого бульдозеры. С помощью вибраторов и механических трамбовок, каждый слой нужно последовательно увлажнить и уплотнить.

Расчет толщины и числа необходимых слоем ведется из расчета, что в результате процесса уплотнения, верх подушки должен совпасть с заданной проектной отметкой. Далее производится зачистка поверхности песчаной подушки. Если подушка состоит из гравия или щебня, то ее поверхность нужно смочить, а затем покрыть стяжкой из раствора цемента, при этом выровняв его с помощью рейки. Если нужно заменить подушку на высоком уровне подземных вод, то нижнюю ее часть следует со стороны съезда отсыпать в воду на всю глубину.  Песок и щебень, который доставляют самосвалы, нужно ссыпать на урезе воды и уже с помощью бульдозеров, затолкать в воду. Таким способом можно добиться изменения откоса насыпи – под водой он будет передвигаться вперед. Отсыпка производится по всей ширине дна котлована поперечными полосами. Уплотнить песчаные подушки в этом случае можно с помощью глубинных вибраторов. Если подушка состоит из гравия или щебня, то используются механические трамбовки или поверхностные вибраторы.

Методы искусственного закрепления можно использовать когда нужно увеличить несущую способность горных пород с трещинами или слабых грунтов. К таким методам относятся: цементация, смолизация, силикация и термическое закрепление. Наиболее похожи по технологическим особенностям силикатизация и смолизация. В обоих методах производится сходные операции, такие как расчистка участков закрепления, глубинное погружение инъекторов, изготовление специальных растворов, последовательное извлечение инъекторов, а так же тампонаж скважин.

Расскажем подробнее о каждой оперции. С помощью инъекторов-тампонов, которые опускают в уже готовые скважины, грунты закрепляются на глубине примерно 30 метров. Если глубина составляет  не более 7 метров, можно использовать инъекторы-иглы, которые просто забиваются в грунт. Для первого случая скважина готовится с помощью специальной установки шнекового бурения, она позволяет достичь диаметра отверстия от 60 до 120 мм. В эти скважины на заданную глубину опускают инъекторы-тампоны. Закрепляющий раствор готовится в специальной установке, после чего его нагнетают по разводящей системе в инъекторы. Производить закрепление нужно заходками определенной высоты  (h = 3-8 м), начинать нужно с нижней. Когда произойдет полное насыщение первой заходки, инъектор поднимается на заходку, расположенную выше. Затем раствор подается в насыщенный грунт следующей заходки.

Если говорить о конструкции забивного инъектора, то он выглядит, как стальная труба с толстыми стенками и заостренным наконечником. Труба имеет в своей нижней части перфорации на высоту  0,5-1,5 м. Забивание инъекторов производится с помощью пневматических молотков, масса которых составляет около 30 кг, либо с помощью подвесного молотка на механическом копре.  Вибраторы в таких работах не используются. Для того, чтобы извлечь инъектор, используют лебедку или 10-тонный домкрат. Закрепляют грунт заходками, при этом зоны закрепления расположены вертикально и равны по длине части трубы с перфорацией, плюс половина радиуса закрепления. С помощью гидравлических насосов раствор нагнетается. Насосы должны иметь производительность в среднем  0,01 м3/мин, и создавать давление до 1,5 мн/м2.

Для закрепления лессовидных грунтов используют раствор селиката натрия. Лесса содержат соли кальция, когда раствор взаимодействует с ними, получается гель кремниевой кислоты, он превращает частицы лесса в камневидную массу, цементируя их. Этот способ получил название однорастворной силикатизации. Так же применяется метод двухрастворной силикатизации, как правило в сухих или водонасыщенных песках. Под давлением до 0,5 мн/м на каждой заходке производится нагнетание раствора силиката натрия, в последствии – хлорида кальция.  Первый полученный раствор нагнетается при забивании инъекторов на каждой заходке, второй – используют, когда извлекают инъекторы из грунта.

Чтобы раствор впитывался равномерно по всей зоне закрепления, нагнетание осуществляют очень медленно (2-5 л/мин). Когда работат ведется в сухих или воднонасыщенных пылеватых песках, закрепление производится с помощью гелеобразующей смеси растворов, состоящей из фосфорной кислоты и силиката натрия.

Раствор карбамидной смолы на водной основе, смешанный с раствором соляной кислоты, используют для работ по закреплению мелких песков. Делать эту смесь нужно прямо перед нагнетанием в инъекторы. Такой способ получил название смолизация.

Химические способы закрепления грунтов, о которых мы рассказали выше, широко применяются для укрепления оснований фундаментов уже готовых зданий и сооружений. Очень важно, в перерывах между работой доставать инъекторы из грунта и промывать их теплой водой. То же самое касается подающих труб и насосов. Когда закрепление грунта завершено, скважины затыкают глиной или перемятым грунтом.  Для закрепления пористых грунотов, которые расположены выше уровня грунтовых вод, используют термический способ. Эти работы связаны со сжиганием жидкого или газового топлива. Сжигание происходит непосредственно в скважинах, которые пробурены на всю глубину грунта.

Топливо сжигается при избыточном давлении воздуха, составляющем 0,115-0,15 мн/м. При этом, под действием пламени, в скважине происходит закрепление грунта. В конечно итоге, если работы проведены правильно, вокруг скважины должен образоваться массив обожженного грунта. Его диаметр связан с использованным количеством топлива и продолжительностью обжига. Дак, диаметра 4-8 метров можно достичь за 10-20 суток, если расход жидкого топлива составил 85-120 кг на 1 м скважины. Если использвался сжатый воздух, то пропорции 30-40 м3 на 1 т топлива.

Таким методом можно не только закрепиь грунт, но и ликвидировать просадочность на глубину порядка 15 метров. Метод позволяет довести прочность в среднем до отметки 0,6-1 мн/м.

Давайте подробнее остановимся на процессе термического закрепления. Для начала на заданную глубину бурится скважина диаметром 10-20 см. Затем производится соединение с камерой сгорания и установкой, управляющей подачей топлива. Необходимо позаботиться о гермитизации скважин и установить агрегаты питания. И уже после обжига грунта провести тампонирование скважин грунтом.

Производить бурение можно тремя видами станков – ударного, вращательного или шнекового действия. При этом воздух подается передвижной турбогазонадувкой, чья производительность должна составлять не менее 600 м3/ч, при давлении 0,3-0,5 мн/м. Жидкое топливо поступает естественным напором. Необходимо тщательно контролировать температуру в скважине в процессе обжига. Эта работа производится с помощью оптических пирометров, либо термопарами с гальванометром в обжигаемом грунте. Очень важно, чтобы температура не поднималась выше 1100°С, в противном случае стенки скважины могут оплавиться и это моментально закроет газу доступ в поры грунта. Так же нужно следить за герметичностью скважин и постоянно замерять давление в них. Если оно падает, нужно либо уплотнить дневную поверхность грунта или усилить слой заделки.

Скальные породы с трещинами закрепляют с помощью цементации. Этот же метод применяют в работе с гравелистыми и песчаными грунтами. Для начала расчищают поверхность грунта, затем бурятся скважины. В скальных породах необходимо провести промывку и продувку готовых скважин. Затем устанавливаются уже знакомые нам инъекторы и начинаетмя нагнетание раствора. В этих работах применяются с соотношением воду и цемента от 0,4 до 1. При этом средний расход раствора составляет как правило 20-40% от объема пород, подлежащих закреплению. Так же как и в методе силикатизации, раствор нагнетают через инъекторы.

 Когда работы ведутся в гравелистых или песчаных грунтах, инъекторы вводят на всю величину заходки, до высоты зоны закрепления по вертикали. Когда произошло нагнетание раствора, инъектор опускают на следующую зону. Аналогично происходит закрепление скальных пород, отличие заключается в том, что после закрепления верхней зоны, инъектор нужно достать, а скважины пробурить дальше, до следующей зоны. Важно сделать это не ожидая пока раствор схватится.

Степень водопоглощения определяется гидравлическими испытаниями скважин. Важно проводить их перед началом закрепления. Таким способом определяется состав и концентрация раствора. Чтобы достичь максимального радиуса закрепления и не допустить осаждения раствора в скальных порах рядом со скважиной, проводится увлажнение поверхности частиц грунта.   Очень важно постоянно перемешивать раствор перед подачей в инъекторы. Нагнетание производится под напором в шланги. Для этого как правило используют двухпоршневой насос, который способен развивать давление 3-8 мн/м. Можно применять и прямое нагнетание, однако, такой метод возможен только в том случае, если скважины легко поглощают воду во время гидравлических испытаний. Если при заданном давлении вода усваивается довольно медленно, то нужно использовать кольцевой трубопровод. К нему подключают скважины, а внутри создается постоянное движение раствора с помощью насосной установки. Движение происходит по замкнутому кольцу, поэтому раствор не оседает в системе трубопровода.  Пока не достигнет отказ, нагнетание происходит непрерывно. Здесь отказом следует считать расход раствора 0,5 л/мин. Такой объем должен держаться 20 минут при заданном давлении.

Для того, чтобы уплотнить основание из просадочных или насыпных грунтов, используют глубинное уплотнение с помощью грунтовых свай. Требуемый результат получается благодаря продавливанию скважины, которое вызывает движение грунта в стороны. Аналогичных результатов можно добиться с помощью расширения скважин-шурупов за счет энергии взрыва. Далее скважины заполняют грунтом, уплотняя его по слоям. Такой способ позволяет получить толщину уплотненного слоя до 25 метров.

Чтобы довести плотность грунта до требуемого уровня, сваи располагаются в шахматном порядке на вершинах условного треугольника. Расстояние между сваями должно обеспечивать соприкосновение зон в следствие чего образуется уплотненный грунтовый массив.

При условиях природной влажности допускается использовать станки ударно-канатного бурения. Использовать взрывы можно только при достаточной оптимальной влажности.  Скважины бурят из расчета 0,5 метров диаметра, после чего они засыпаются грунтом. В качестве грунта можно использавать различные супеси и суглинки, которые должны иметь оптимальную влажность.  Чтобы поместить их внутрь скважины, применяют специальную емкость, которую можно сделать из обрезка трубы с диаметром 520 мм и длинной 500 мм. После каждой закладки грунта в скважину, его утрамбовывают. Важно, чтобы ударная часть имела массу не менее 2 тонн.  Скважину набивают, пока она не заполнится целиком. Устраивать скважины необходимо через одну. Работать с пропущенными можно только после того, как будут уплотнены и засыпаны все ранее пройденные скважины.

Дно котлована отмечается с учетом предстоящей срезки буферного слоя. Если верхний слой основания промерз,  грунт придется проходить с помощью шнековых буров. Другой вариант – произвести электропрогрев грунтов. Важно следить за тем, чтобы грунт, который засыпается в скважины не имел мерзлых составляющих.

Способ винтового продавливания так же может применяться для глубинного уплотнения грунтов.  Здесь скважины образуются так называемыми спиралевидными снарядами. При этом грунт не извлекают на поверхность, а с помощью радиально направленного воздействия расширяют скважину, непрерывно уплотняя грунт. Эффект создается снарядом, который вращаяю, опускается в грунт и создает осевое давление.

Когда применяется такой способ уплотнения, скважину вначале проходят спиралевидным снарядом, после чего ее заполняют грунтом, уплотняя. Весь процесс повторяется два раза.

Для того, чтобы определить оптимальное расстояние между скважинами, нужно учитывать необходимые несущие способности основания. Когда применяется подобный метод, организаторы работ могут существенно уменьшить затраты материалов и рабочего времени на глубинное укрепление.

 

Естественные песчаные грунты могут переходить в плотное состояние, когда на них воздействуют силы вибрации. На этом основан метод глубинного виброуплотнения таких грунтов. Когда песок насыщается водой, под воздействием колебаний вибратора грунт обретает подвижность, а его зерна под действием гравитации опускаются вниз. В результате грунт уплотняется.

Для данного метода обычно применяется виброустановка ВУУП-6, которая содержит уплотнитель специальной конструкции.  Для того, чтобы эффективность уплотнения повысилась, нужно заблаговременно разрыхлить грунт на всю заданную глубину уплотнения. Это позволит разрушить структурные связи песка и увеличит территория уплотнения. Все процедуры лучше проводить по квадратной схеме, каждая сторона которой составляет 2 метра. Каждый цикл уплотнения при работе с песчаными грунтами длится в среднем 15 минут. Он состоит из периодических погружений и подъемов уплотнителя. Когда в четырех точках пройден полный цикл уплотнения основания, установку необходимо отключить. Искусственное водонасыщение иногда так же применятеся для наилучшего уплотнения основания. При работе с намывными и насыпными песчаными основаниями можно использовать виброуплотнение.

Замачивание с глубинными взрывали, а так же глубинное уплотнение может существенно повысить прочность и несущие способности. Так же этот метод способствует ликвидации просадочных свойств грунта. Некоторые виды грунта имеют свойство при замачивании самоуплотняться под действием собственного веса. На этом основываются вышеуказанные способы уплотнения. К таким видам грунтов мы можем отнести пылеватые пески, суглинки и супеси.

При использовании предварительного замачивания весь процесс уплотнения основания длится довольно медленно и занимает 2-3 месяца. Однако, если использовать глубинные взрывы, то всю работу можно сократить до одной недели. Серия ударных волн, которая образуется при взрывах, создают в грунте сильное динамическое воздействие. Как следствие, глубина уплотнения достигает 30 метров.

Когда суглинки или глины залегают на поверхности, чтобы сократить время замачивания, можно организовать дренажную скважину и засыпать песком или гравием. Таких скважин должно бюыть несколько, их необходимо устроить по всему периметру котлована через каждые 2-4 метра.

Здесь важно учитывать, что после замачивания грунты уплотняются под действием их собственного веса. Поэтому имеет смысл с помощью тяжелых трамбовок доуплотнить верхний слой. Для этого так же можно использовать укатку или грунтовые сваи.

Чтобы распределить фундамент на большую площадь грунта, целесообразно в котлованах соорудить грунтовые подушки. Этот же способ применяется для полной замены слабого грунта основания. Толщина таких подушек должна составлять  от полутора до пяти метров, однако возможно увеличить их и до 10 метров.

 Чтобы соорудить грунтовую подушку, нам подойдут песчаные и пылевато-глинистые грунты оптимальной влажности. Так же можно использовать щебень, гравий и различные шлаки. Грунты могут содержать различные органические включения и комья, если их размер не превышает 10 см. Надо отметить, что в общем массе грунта такие образования не должны превышать 15%.

Прежде чем приступить к устройству подушки, верхний слой котлована и его дно нужно уплотнить до заданной проектом плотности. Очень важно, чтобы грунт отсыпался слоями с их постоянным уплотнением. Уплотняющее оборудование нужно выбирать в зависимости от характера и сроков работ. Если объемы работ большие, то имеет смысл использовать трамбующие машины Д-1471. Так же можно применять тяжелые катки на пневмоколесном ходу. Если объемы небольшие, то нам вполне подойдут тяжелые трамбовки, тракторы и даже самоходные катки.

  В зависимости от планируемой формы здания и виды грунтоуплотняющего механизма, определяют порядок проведения работ и технологическую схему устройства подушки. Грунт уплотняется в котловане на всю его ширину поперечными полосами. Важно следить, чтобы полосы перекрывали друг друга на 0,2-0,5 м. Для уплотнения так же можно использовать различные транспортные средства, которые будут доставлять грунт. Здесь важно рационально организовать движение машин, чтобы уплотнять грунт равномерно. Чтобы грунт не примерзал, процесс уплотнения должен идти безостановочно.

Если решено использовать для уплотнения тяжелые трамбовки, такие работы имеют ряд принципиальных отличий. Для начала нужно до отказа уплотнить дно котлована и лишь потом отсыпать слой грунта, который необходимо уплотнить с помощью тяжелой трамбовки. После этого насыпают новый слой и операция повторяется.

Под стоящие особняком фундаменты колонн, подводят траншеи в виде непрерывных лент, таким же образом организовывают грунтовые подушки. Кроме тех работ, которые мы рассмотрели выше, используются так же различные виды и способы закрепления грунтов.

Если фундамент строится из сборных железобетонных элементов в условиях открытых котлованов, такой процесс, как правило не вызывает больших проблем, гораздо интереснее изучить процесс устройства фундаментов в вытрамбованных котлованах.

Основная идея данного способа заключается в том, что котлованы с помощью трамбовки уплотняют на определенную глубину, а образованное пространство заполняют и устанавливают на него сборный железобетонный фундамент. Такой способ достаточно эффективен, поскольку вокруг котлована во время вытрамбовки создается зона уплотненного грунта. На ее территории прочность грунта значительно повышается, а его сжимаемость напротив – уменьшается. Такой метод заметно увеличивает несущие способности фундамента и в результате здание будет более прочным и устойчивым.

Работы по вытрамбовыванию котлованов проводятся с помощью сбрасывания трамбовки, которая имеет форму будущего фундамента. Трамбовка сбрасывается с высоты от 3 до 8 метров несколько раз. Для этого применяются краны-экскаваторы и тракторы, снабженные навесным оборудованием, таким как каретка и направляющая штанга. Важно учитывать, что грузоподъемность машины должна быть в 4 раза больше, чем масса сбрасываемой трамбовки.

Перед началом вытрамбовыванием котлованов необходимо выпонить опытные испытания, которые помогут учесть специфические особенности грунтовых условий и выбрать оптимальный вариант вытрамбовывания. В процессе опытных работ нужно выяснить необходимое количество ударов трамбовки, оптимальное расстояние между котлованами и основные физические характеристики грунта.

Особенности погружения свай в грунт

Особенности погружения свай в грунт

Погружение свай в различных грунтах происходит различно. В маловлажных или сухих песчаных грунтах при забивке свай быстро наступает отказ. После перерыва в бойке свай отказ возрастает. Таким образом, первоначальный отказ не является истинным. В практике строительства он получил название «ложного». Это явление объясняется тем, что при забивке свай происходит вытеснение воды и уплотнение грунта как вокруг ствола, так и у острия свай. Истинный отказ свай в таких песчаных грунтах может быть получен через 2—3 дня после окончания забивки.

В водонасыщенных песчаных грунтах явление ложного отказа не наблюдается. Но погружение свай в этих грунтах происходит с трудом, так как невозможно удалить воду в окружающую среду. Таким образом, во всех песчаных грунтах погружение свай сопряжено с большими трудностями.

Молоты большого веса в песчаных грунтах не дают эффекта. После погружения сваи на некоторую глубину молот начинает подпрыгивать, и погружение сваи прекращается. Дальнейшие попытки погрузить сваю приводят к ее разрушению. Поэтому, чтобы погрузить сваю в песчаиый грунт, применяют подмыв, так как при подмыве происходит постоянное движение потока воды по поверхности ствола сваи, уменьшающее силы трения и лобового сопротивления. Подмыв не приводит к уменьшению несущей способности свай в песчаных грунтах (при обязательной добивке свай при отключенном подмыве), за исключением мелких и пылеватых песков. Это объясняется тем, что в песчаных грунтах при забивке свай переход связанной воды в свободную и наоборот происходит быстро, чем обусловливается быстрое восстановление их структуры. Кроме того, песчаные грунты не могут поглощать воду в объеме, большем объема пор, а избыточная вода при добивке сваи, если выключен подмыв, выходит наружу.

Этим следует объяснить высокую несущую способность забивных свай в песчаных грунтах. Поэтому подмыв часто применяют в песчаных грунтах. Заметное снижение прочности при подмыве происходит в пылеватых и мелких песках, но это не имеет решающего значения, так как подошву свай всегда доводят до кровли более плотных грунтов.

Интенсивность вытеснения воды и, следовательно, уплотнение грунта тем выше, чем больше частота ударов сваебойного агрегата. Поэтому погружать сваи в песчаные грунты рекомендуется виброударными машинами. Некоторые опытные работы подтверждают это положение.

По СН 200—62 несущая способность свай, погружаемых в песчаные грунты вибропогружателем, увеличивается на 10% по сравнению со сваями, погружаемыми молотом; в действитель: ности же она увеличивается до 30%. Для погружения свай в песчаные грунты при отсутствии виброударных машин предпочтение следует отдавать молотам, которые имеют небольшую кинетическую энергию, но большую частоту ударов. К ним относятся дизельные молоты, а затем молоты двойного действия.

Множество типоразмеров виброударных машин требует разумного подхода к их выбору. Например, на ряде строительств установлено, что для погружения шпунтовых свай в водонасы-щенных песках на глубину до 10—12 м выгодно применять высокочастотные вибраторы, так как в этих грунтах решающее значение имеет сила трения. Для плотных песков высокочастотные вибраторы менее эффективны, так как здесь решающее значение имеет не сила трения, а лобовое сопротивление; чтобы преодолеть его, требуются вибраторы большой мощности (по величине импульса удара и возмущающей силы). С увеличением размера свай влияние частоты вибрации уменьшается; поэтому для погружения свай большого размера применяют низкочастотные вибраторы средней и большой мощности.

В песчаные грунты трубчатые сваи можно погружать как с закрытым, так с открытым концом. При погружении свай с открытым концом в нижней части образуется плотная песчаная пробка, которая способствует дополнительному уплотнению грунтового основания. Поэтому трубчатые сваи диаметром до 80 см с сохранением грунтового ядра из песков относят к категории обычных забивных свай, т. е. их несущая способность по грунту принимается как для свай, погружаемых с закрытым концом. Высота пробки должна быть не менее трех диаметров ствола сваи.

При погружении свай-оболочек и колодцев-оболочек также следует сохранять песчаную лробку. С увеличением размеров оболочек степень уплотнения песчаной пробки уменьшается, эта пробка способствует сохранению плотности грунтового основания, образовавшейся вследствие воздействия вибрации. Песчаная пробка затрудняет погружение оболочек; поэтому грунт из внутренней полости оболочек следует удалять, но при извлечении грунта необходимо оставлять пробку высотой не менее 3 м. Извлечение всего грунта до уровня ножа оболочки требует дополнительной затраты труда и материалов и, самое главное, ухудшает работу фундамента. Это важное обстоятельство должно быть учтено при проектировании фундаментов на оболочках.

Погружение свай в глинистые грунты связано с рядом особенностей. При забивке свай в глинистые грунты также возникает ложный отказ. Но в этом случае происходит явление, обратное наблюдаемому в песчаных грунтах: при непрерывной забивке свай получается увеличенный отказ, а после отдыха, наоборот, меньший отказ. Это можно объяснить тем, что при погружении свай в глинистые грунты происходит нарушение сил сцепления между частицами грунта и переход связанной воды в свободную, которая, двигаясь по поверхности ствола свай, уменьшает силы трения.

Статическое приложение усилия нарушает структуру грунтов текучей консистенции; в них происходит тиксотропное разупрочнение, т. е. они разжижаются. Если грунты пластичной консистенции, то от действия статической нагрузки они только размягчаются. Разжижение этих грунтов возможно при вибрации, а если грунты полутвердой консистенции, то только при сильной вибрации. Разжижение в грунтах полутвердой консистенции наступает в результате превращения части связанной воды в свободную. Поэтому в глинистых грунтах подмыв и вибропогружение не всегда желательны, так как они снижают несущую способность свай по грунту. По СН 200—62 при вибропогружении свай их несущая способность уменьшается путем введения коэффициентов: для супесей — 0,9, для суглинков — 0,7 и для глины — 0,6. При добивке свай подмыв не допускается. Добивку сваи до проектной глубины нужно производить ударом молота одиночного действия, который имеет большую энергию единичного удара и небольшую частоту.

Погружение свай в глинистые грунты с закрытым концом иногда сопряжено с большими трудностями. В таких случаях сваи погружают с открытым концом. По СН 200—62 разрешается учитывать грунтовое ядро из глинистых грунтов, если свая с открытым концом погружена ударом молота при выключенном подмыве. Но подошвы свай в таких случаях не рекомендуется закладывать в грунтах текучей консистенции.

Глинистые грунты обладают большими силами сцепления. В некоторых случаях они настолько велики, что при забивке свая возвращается вместе с молотом в прежнее положение. Чтобы преодолеть силы сцепления, требуется увеличить число ударов молота. Но от чрезмерного увеличения числа ударов, например при вибрации, происходит разжижение грунтов.

Глинистые грунты, как указано выше, могут содержать большое количество свободной воды, объем которой может превосходить объем пор. В таких грунтах, т. е. в водонасыщенных, погружение свай независимо от их степени плотности чрезвычайно затруднено, так как такие грунты не уплотняются. Погружение свай в них возможно, если есть выход потока воды по поверхности ствола сваи наружу.

Глинистые грунты, которые содержат только физически связанную воду, уплотняются в процессе погружения свай. В таких грунтах во время погружения часть физически связанной воды переходит в свободную, которая способствует погружению свай, а свободные поры уплотняются.

В природных условиях глинистые грунты дочетвертичного возраста, как и некоторые четвертичные, например ледниковые, содержат только физически связанную воду. При погружении свай такие грунты разжижаются; поэтому в них эффективно применять забивные сваи. В такие грунты можно забивать также сваи с открытым концом, оставляя грунтовое ядро. Несущую способность последних принимают как для свай, погруженных с закрытыми концами.

Глинистые грунты, которые легко разжижаются, должны быть удалены из внутренней полости оболочек. Упрочнять такие грунты после разуплотнения в результате ударов или вибрации можно, используя химическое воздействие. Предпосылкой этому служит способность глинистых грунтов к реакции взаимного обмена катионами, находящимися в окружающей воде. Однако этот вопрос не привлек еще внимания химиков и строителей, хотя и заслуживает большого внимания.

Несущая способность свай, погруженных в глинистый грунт, возрастает во времени. В практике это явление принято называть процессом «засасывания», а длительность периода, в течение которого происходит нарастание несущей способности свай до стабильной величины, называется «отдыхом». Продолжительность отдыха для разных грунтов различна — от нескольких дней до многих месяцев.

При забивке сваи молотом продолжительность отдыха составляет: для супесей — 5—10 дней, для суглинков—15— 20 дней, для тощих и пылеватых глин — 25—30 дней, для жирных глин — 30 дней и более. При забивке свай виброударными машинами продолжительность отдыха увеличивается, но этот вопрос еще недостаточно выяснен. Можно полагать, что с увеличением частоты ударов степень разжижения грунта увеличивается и соответственно увеличивается продолжительность отдыха. После наступления упрочнения грунтов их несущая способность увеличивается в 1,5—2 раза по сравнению с несущей способностью, наблюдаемой сразу после забивки свай. Однако в высокочувствительных глинах которые обладают повышенной тиксотропи-ей, такое упрочнение не происходит, и их несущая способность остается низкой. Поэтому в таких грунтах применять сваи нецелесообразно.

При увеличении влажности прочность глин падает. Поэтому подмыв в глинистых грунтах, в отличие от песчаных, снижает несущую способность. Кроме того, глинистые грунты, особенно глина, плохо размываются. По этой причине в глинистых грунтах подмыв не рекомендуется. Погружение свай в глинах и суглинках рекомендуется производить молотом, а не вибропогружателем. Молоты желательно применять тяжелые, с большой кинетической энергией, но с меньшим числом ударов, т. е. молоты одиночного действия. Погружение свай молотами и вибропогружателями в супесях дает одинаковый эффект.

При погружении свай вибропогружателем в глинах и суглинках происходит интенсивное выделение свободной воды, способствующей их разжижению. В настоящее время накоплен достаточно большой опыт, подтверждающий это положение.

На одной строительной площадке вибропогружателем ВП-3 были погружены две железобетонные трубчатые сваи диаметром 500 мм на глубину 18 м и две такие же сваи — шеститонным молотом одиночного действия с подмывом (на глубину 0,5 м добиты без подмыва). Грунт состоял из слабых ленточных суглинков мощностью 6—8 м и из верхнеморенных пылеватых суглинков средней плотности до глубины 16—19 м. Концы свай опирались на нижнеморенные плотные суглинки с включением гравия, гальки и валунов. Анализ испытаний этих свай показывает следующее: несущая способность свай, погруженных вибропогружателем, примерно на 40% ниже несущей способности свай, погруженных молотом; через 7 месяцев несущая способность свай, погруженных вибропогружателем, становится примерно равной несущей способности свай через месяц после погружения молотом; несущая способность свай, погруженных вибропогружателем, медленно нарастает во времени, что свидетельствует о наличии нарушенной зоны в подошве свай и о медленном восстановлений ее структуры; критическая нагрузка свай, погруженных на глубину 18 м в относительно плотные грунты, невысока. Это следует объяснить неправильной технологией погружения свай: в таких грунтах нельзя было применять подмыв; сваи нужно было погружать молотом одиночного действия без подмыва до отказа возможно на меньшую глубину или же применить сваи меньшего сечения, забивая их тем же молотом до плотных грунтов. При этом несущая способность свай была бы выше.

Рис. 1. Свая с камуфлетным уширением (вес заряда 3,5 кг, диаметр стыка сваи 55 см, диаметр уширения 1,65 м)

Правильный выбор сваебойного агрегата при погружении свай имеет большое практическое значение. Практику применения вибропогружателей (без дальнейшего их усовершенствования), как универсальных для всех грунтов, следует считать порочной. Как отмечалось неоднократно, молоты и виброудар должны не заменять, а дополнять друг друга.

Читать далее:
Выбор вида свай и оболочек
Проектирование фундаментов глубокого заложения
Конструкция винтовых сваи
Бурение скважин станками роторного бурения
Бурение скважин станками ударно-канатного бурения
Способы бурения скважин
Виды буровых свай
Примеры строительства фундаментов на железобетонных оболочках
Устройство уширенного основания оболочек
Бетонирование полости оболочек


Укрепление грунтов основания | ПРАЙМ

Укрепление грунтов – методы и результаты

При необходимости увеличения прочности и снижения деформативности грунтов в основаниях существующих и эксплуатируемых объектов нового строительства и реконструкции, а также при проведении реконструкции объекта и соответствующем увеличении нагрузок на фундаменты и соответственно на основание, производится усиление грунтов  – для улучшения их физико-механических характеристик.

При этом подобное изменение происходит как в результате увеличения сцепления частиц грунта между собой, так и вследствие принудительного изменения структуры грунта и повышения его плотности посредством механического уплотнения.

Существует немало способов закрепления оснований зданий и сооружений. Для этого в грунтовое основание под давлением нагнетаются различные виды вяжущих материалов в жидком, пастообразном состоянии, в виде порошка; на массив может оказываться воздействие электротоком, он будет подвергаться охлаждению или нагреву; грунт уплотняется, выполняются сваи и устраивается шпунтовое ограждение.

Определение конкретного способа укрепления грунтов основания производится на основе анализа состава, структуры и влажности грунта, изучения конструктивных особенностей фундамента и всего здания в целом, а также причин, вызвавших необходимость усиления.


В каких случаях необходимо укрепление грунтов

Улучшение физико-механических показателей грунтовых оснований – мероприятие сложное и весьма дорогостоящее. Поэтому усиление грунтов выполняется в тех случаях, когда необходимо решать следующие задачи:

  • усиления конструкций фундаментов под существующими зданиями и сооружениями, в т.ч. при проведении их реконструкции;
  • возведения объектов промышленного и гражданского назначения в условиях просадочных грунтов;
  • восприятия новых статических и динамических нагрузок от строящихся и построенных рядом сооружений;
  • устранения просадочности грунтовых оснований в случае их замачивания грунтовыми или поверхностными водами как природного, так и техногенного характера;
  • устройства сухих котлованов в водонасыщенных грунтах;
  • защиты конструкций фундаментов от воздействия вод природного и техногенного характера с повышенной агрессивностью по отношению к бетону;
  • увеличения прочностных характеристик свай и опор большого диаметра.

При соответствующем технико-экономическом обосновании, доказывающем эффективность предложенных мероприятий, технологии закрепления основания могут использоваться и в других случаях.

Необходимость усиления грунтов определяется проектной или эксплуатирующей организацией в каждом конкретном случае:

  • при новом строительстве по результатам анализа материалов инженерно-геологических изысканий, в которых можно обнаружить грунты, обладающие недостаточной прочностью или их перенасыщенные грунтовыми водами;
  • при реконструкции и капитальном ремонте уже построенных и эксплуатируемых зданий, когда в ходе подготовки проекта при обследовании и оценке технического состояния объекта в надземной и подземной частях выявляются деформации всего сооружения или его отдельных конструкций.

В этих случаях проектная организация рассчитывает характеристики основания, необходимые для восприятия фактических нагрузок от здания или сооружения, а субподрядная организация, специализирующаяся на работах по закреплению грунтов, разрабатывает проект производства работ, результатом реализации которого будет создание грунтового основания с требуемыми физико-механическими показателями.

Как закрепляют грунтовое основание

Существует много возможностей, реализация которых позволит повысить прочность и снизить водопроницаемость грунтовых оснований, однако чаще всего используются следующие виды:

Закрепление с использованием этих технологий не мешает нормальной эксплуатации здания, где производятся работы, но его выполнение позволяет повысить прочностные характеристики грунтов до величины, требуемой реальными геологическими условиями или возросшей нагрузкой.

В зависимости от фактического состояния грунтов закрепление оснований зданий и сооружений может производиться с использованием различных методов, в частности:

при укреплении грунтов основания физико-химическими методами используются технологии:
  • цементации, которая максимально эффективна при закреплении крупнообломочных скальных пород, песка, галечников, а также для ликвидации каверн, образовавшихся в грунте карстовыми явлениями. Для достижения грунтом необходимых показателей в него нагнетается раствор на цементной основе. Заполнение пустот в грунтовом массиве происходит под давлением, которое создает насос, прокачивая раствор через перфорированные трубы. После его твердения, грунтовый массив повышает прочность и резко уменьшает водопроницаемость. На долговечности грунта, обработанного таким методом, сказываются грунтовые воды, в частности их скорость течения;
  • струйной цементации, технология которой предполагает перемешивание под высоким давлением частиц грунта с раствором на цементной основе, закачанным в закрепляемый массив;
  • глинизации, благодаря которой трещиноватые скальные породы приобретают высокую водонепроницаемость. Для реализации этого в грунт под давлением закачивается водно-глинистая суспензия, которая проходя сквозь отверстия в опущенной в заранее пробуренную скважину перфорированной трубе, заполняет пустоты между частицами и поры, благодаря чему исключается возможность проникновения воды в грунтовый массив;
  • битумизации, которая используется в грунтах, где из-за высокой скорости течения грунтовых вод использовать стандартный метод цементации невозможно. Метод имеет две разновидности: горячей битумизации (эффективной в гравелистых и трещиноватых грунтах) и холодной битумизации (применимый в песчаных грунтах). В первом случае используется горячий битум, а во втором – мастики на битумной основе.

химическое укрепление грунтов основания также выполняется несколькими способами, среди которых:
  • силикатизация – может быть двухрастворной : когда в песчаные грунты с невысоким коэффициентом фильтрации при помощи компрессора, создающего необходимое давление, через перфорированные трубы поочередно поступают растворы хлористого кальция и жидкого стекла (силиката натрия). Эти химикаты при попадании в грунт образуют гели кремневой кислоты, которые позволяют грунтам повысить прочность до 6 МПа и свети к минимуму водопроницаемость. При необходимости закрепления массивов, состоящих из песчаных и просадочных грунтов, обладающих невысоким коэффициентом фильтрации, применяют метод однорастворной силикатизации, где для закрепления используются двух-, трехкомпонентные составы на основе жидкого стекла;
  • электросиликатизация – сферой применения является закрепление грунтовых массивов, состоящих из мелкозернистых песков и супесей повышенной влажности, с низким коэффициентом фильтрации. При реализации этого метода на грунты, обработанные силикатными составами, воздействует постоянный электрический ток;
  • газовая силикатизация – когда для отверждения жидкого стекла применяется углекислый газ. Такая технология укрепления грунтов используется при необходимости повышения прочностных характеристик грунтов с большим количеством органических примесей, а также песчаных и лессовых грунтов, с низким коэффициентом фильтрации. Этот способ позволяет получить быстрый результат, увеличивая прочность закрепленных грунтов до величины 2 МПа;
  • смолизация –  в ходе нее производится корректировка характеристик песчаных и лессовых грунтов со средним коэффициентом фильтрации введением в них водных растворов полимерных смол. Управление процессом твердения производится посредством регулирования количества отвердителя. После смолизации прочность грунтов достигает значения 5 МПа, а кроме этого, они приобретают повышенную стойкость к воздействию влаги.

термическое закрепление грунтов:
  • используется в ситуации, когда требуется повысить несущую способность маловлажных глинистых грунтов, устранения у лессовых грунтов свойств просадочности и пучинистости, для фиксации откосов траншей, котлованов и грунтовых насыпей.

Для усиления грунтов основания посредством термического закрепления бурится скважина необходимой глубины и требуемого диаметра. В ее устье или глубине сжигается жидкое (дизтопливо, мазут, сжиженный газ), твердое (уголь) или газообразное топливо. Чтобы добиться повышенной эффективности процесса, в скважину под давлением от 15 до 50 кПа подается избыточное количество воздуха. Под воздействием огня непосредственно в скважине и от горячих газов, проходящих через поры в массиве грунта, происходит спекание отдельных частиц. Благодаря этому прочность на одноосное сжатие термообработанного грунта может достигнуть величины 1 кПа.

Если глубина скважины не позволяет обработать ее целиком, то первоначально термическому воздействию подвергается верхняя часть, поскольку это позволит создать участок, на котором происходит образование факела обжига, а далее обжиг производится по захваткам. Максимальная глубина усиления грунтов основания таким способом составляет 20 м, а расстояние между скважинами определяется в зависимости от конструкции фундаментов. Температура обжига зависит от цели термического воздействия и колеблется от 300°С при закреплении откосов и до 900°С при устройстве термогрунтовых свай, а его продолжительность варьируется от 5 до 10 суток. В состав нагревательной установка, с помощью которой производится термическое закрепление грунта входит возхдуходувка — генератор сжатого воздуха или компрессор с трехполостной форсункой, одна полость которой управляет расходом топлива, другая подмешивает к топливу воздух для образования факела, а третья охлаждает воздухом корпус.

Другим видом термического укрепления грунтов является их искусственное замораживание, которое позволяет на некоторое время закрепить слабые водонасыщенные грунты. Эта технология предполагает подачу хладагента в систему скважин, расположенных с расчетным шагом по участку, с последующим созданием высокопрочного и водонепроницаемого массива ледогрунта. В качестве хладагента может использоваться охлажденный до температуры -25ºС раствор кальция или натрия высокой концентрации (рассольный способ замораживания грунтов) или жидкий азот, испаряющийся при температуре – 196ºС (метод замораживания грунтов сжиженным газом).

механические методы усиления грунтов основания предполагают уплотнение грунтов различными способами, в частности:
  • поверхностным уплотнением, которое выполняется при помощи виброкатков, трамбовок, специальной грунтоуплотняющей техники. Подобные методы в большинстве своем позволяют уплотнить грунтовый слой толщиной 1,5 – 2,0 м, а использование тяжелой техники – до 10 м.
  • устройством грунтовых и песчаных свай в просадочных грунтах. Для этого в грунтовый массив в шахматном порядке погружаются стальные трубы, грунт, находящийся внутри них заменяется песком, каждый слой которого при засыпке подвергается уплотнению. После этого трубы извлекаются.
  • виброуплотнением, когда повышение плотности песчаных водонасыщенных грунтов происходит за счет погружения в них специальных грунтовых вибраторов.
  • предварительным замачиванием массива, в котором преобладают просадочные грунты, что дает возможность заранее избавиться от этих особых свойств.

использование конструктивных элементов здания в целях усиления грунтов основания, которые используются при соответствующем технико-экономическом обосновании. К ним можно отнести:
  • грунтовые подушки, в ходе устройства которых слабые грунты заменяются на малосжимаемые – песок, щебень, песчано-щебеночная смесь;
  • шпунтовое ограждение, препятствующее выпиранию грунта из-под фундамента при откопке глубоких котлованов рядом с существующим зданием. Стальной шпунт погружается на необходимую глубину с тем, чтобы войти в плотные слои грунта, пройдя через малопрочные;
  • противофильтрационные завесы, выполняемые посредство закачивания суспензии, приготовленной на основе бентонитовых глин в скважины, предварительно пробуренные по периметру защищаемого котлована. В результате, после твердения раствора, образуется водонепроницаемый экран.

укрепление грунтов при помощи геополимеров — современные технологии, позволяющие повысить прочность грунтового основания, к которым относятся:
  • метод инъекционного укрепления грунтов геополимерами, позволяющий повысить прочностные показатели грунтов, расположенных под зданием, связывая между собой их частицы. При этом эксплуатация объекта продолжается своим чередом, поскольку метод не требует установки тяжелого и объемного оборудования, разборки конструктивных элементов здания. На подготовительном этапе выполняется динамическое зондирование грунтов, на основании которого определяется их состояние и принимается решение о количестве, расположении и глубине инъекционных скважин. После этого в намеченных точках рядом с фундаментами здания, требующими усиления, пробуриваются шпуры диаметром около 12 мм, куда вставляются и закрепляются инъекционные пакеры – пластиковые или металлические устройства с обратным клапаном, через которые под давлением подается геополимер. Расширяясь он заполняет пустоты и увеличивает плотность грунта до определенного уровня, по мере достижения которого геополимер своим твердением создает направленное вверх давление, позволяющее устранить просадку фундаментов. При помощи инъекционного укрепления грунтов с использованием геополимеров стабилизация грунтов займет намного меньше времени, чем применение традиционных методов. А еще этот способ не зависит от климатических условий при производстве работ и может использоваться для большинства видов грунтов. Кроме этого геополимерные составы экологически чисты и обладают отличными гидроизоляционными показателями. Использование геополимеров при инъекционном укреплении грунтов позволяет варьировать технологии в зависимости от задач, которые необходимо решать. Так для возвращения в проектное положение просевшего фундамента целесообразно использовать глубокопочвенное инъектирование, а выровнять плиту пола можно при помощи метода стабилизации основания. При необходимости стабилизации положения фундамента, расположенного на грунтах с низкой несущей способностью и их усиления используется технология геополимерных колонн. Применение способов инъекционного укрепления грунтов с использованием геополимеров позволяет в несколько раз снизить продолжительность работ по сравнению с традиционными методами при одинаковых результатах;
  • устройство геополимерных колонн – способ, при котором в пробуренные под просевшим фундаментом скважины на глубину до 6 м погружается пакер, который располагается внутри емкости из кевлара – высокопрочного полимерного волокна. После достижения проектной отметки в емкость под давлением подается геополимер – высокопрочный композитный материал на основе природных минералов и полимерных составов, который при твердении расширяется, уплотняя окружающий его грунт. При этом 90% прочности он набирает за 15 минут;
  • устройство стены по периметру фундамента, для чего необходимо его полностью отрыть.

Однако инъекционное укрепление грунтов производится не только с использованием геополимеров: физико-химические и химические методы также выполняются посредством инъектирования минеральных и полимерных составов в грунтовый массив, поэтому важно понимать основные принципы этих технологий, а также знать номенклатуру оснастки и оборудования, необходимых при выполнении работ такого вида.

Преимущества технологии инъектирования грунтов

Среди различных методов укрепления грунтов фундаментов технология инъектирования с использованием геополимеров становится приоритетной благодаря своим преимуществам, к которым можно отнести:

  • возможность производства работ в стесненных условиях;
  • возможность локализации зоны производства работ;
  • отсутствие необходимости выполнения работ по выемке грунтов;
  • возможность выполнения усиления без нарушения режима эксплуатации здания;
  • независимость работ от климатических условий;
  • отсутствие факторов, загрязняющих окружающую среду, низкий уровень вибрации и шума;
  • высокие прочностные показатели и долговечность полученного основания;
  • экологическая чистота используемых при инъектировании материалов;
  • минимальное количество образующихся отходов.

Эта технология способна создать основание нормальной прочности вместо замоченных и просевших грунтов под существующим зданием.


Основные принципы технологии инъектирования грунтов

При использовании химических и физико-химических методов укрепления грунтов работы могут выполняться по одной из трех схем:

  • инъектирование грунтов с поверхности земли. При этом узел приготовления растворов может либо перемещаться по мере движения фронта работ, либо оставаться в первоначальной точке, подавая инъекционный раствор к месту закрепления по системе труб;
  • закрепление грунтов из забоя с закреплением и проходкой, выполняемыми поочередно, при расположении бурильного и инъекционного оборудования в подземной выработке;
  • закрепление грунтов из забоя, при расположении в подземной выработке бурового оборудования и на поверхности земли смесительного и насосного.

При использовании такой технологии необходимо обеспечивать ритмичное расположение инъекционных скважин, которые должны располагаться таким образом, чтобы создать сплошное усиление грунтов основания объекта и оконтурить его. Расстояние между ними рассчитывается с учетом характеристик грунта и показателей инъекционного раствора. Диаметры скважин определяются исходя из технических характеристик бурильных станков и машин. Для погружения в грунт перфорированных труб – инъекторов может использоваться как забивка или задавливание, так и погружение в предварительно пробуренную скважину. В этом случае метод зависит от показателей грунта, глубины инъектирования, характеристик бурильных машин и наличия окружающей застройки.

По-другому реализуется технология укрепления грунтов фундаментов инъектированием с использованием геополимеров. Этот метод чаще всего применяется для восстановления прочностных характеристик грунтов, расположенных под существующим зданием, находящимся в недопустимом состоянии из-за просадки фундаментов. В этом случае рядом с существующими фундаментами пробуриваются шпуры диаметром 12 – 16 мм, низ которых должен располагаться глубже отметки подошвы фундамента.

В шпуры опускаются трубки, верх которых закрывается полимерными или металлическими пакерами, через которые геополимер под давлением, создаваемым насосами, подается в грунт. Для исключения возможности пролива состава на поверхность, в пакерах имеется обратный клапан. Подача состава производится порциями, каждая из которых заполняет поры грунта на своем уровне и затвердевая, повышает давление в основании.

Через определенное время последние порции твердеющего геополимера, расширяясь, смогут подпереть просевший фундамент и возвратить его в проектное положение. Таким способом можно выполнить укрепление грунтов фундамента и поднять его на величину до 20 см.


Материалы и оборудование, необходимые для инъектирования грунтов

Материалы, необходимые для инъектирования грунтовых оснований с целью повышения их прочностных характеристик и восстановления первоначальных физико-механических показателей, подбираются индивидуально, в зависимости от многих факторов – состава и состояния грунта, глубины и диаметра скважин и шпуров, вида насосного оборудования и растворных станций. Наряду с традиционными растворами, состав которых описан неоднократно, укрепление грунтов фундаментов производится с использованием современных полимерных материалов:

  • полиуретановых смол низкой вязкости, способных заполнять поры и трещины любых размеров, образующих при реакции с водой плотную водонепроницаемую полужесткую пену с закрытой мелкопористой структурой, объем которой в 40 раз больше исходного;
  • акрилатных гелей, обладающих очень низкой вязкостью и минимальным временем гелеобразования. При взаимодействии с водой гель в 1,5 раза увеличивается в объеме, заполняя поры и трещины грунта;
  • на основе тонкодисперсных микроцементов, которые благодаря микроскопическому размеру частиц свободно проникают в трещины и поры грунтов, повышая их прочность, водонепроницаемость и долговечность.

Это не исчерпывающий перечень, поскольку новые материалы, повышающие характеристики грунтовых оснований, появляются на рынке регулярно.


При разработке проекта производства работ по укреплению грунтовых оснований важен рациональный выбор оборудования, поскольку от этого во многом зависит экономичность предложенного способа увеличения несущей способности основания.

Основным видом оборудования, от которого зависит качество работ по усилению грунтов способом инъектирования, являются насосы. В этих целях используются:

  • поршневые насосы, небольшие, простые в устройстве и ремонтопригодные. Могут использоваться для работы с составами, обладающими высокой вязкостью – минеральными, полимерными, на основе микроцементов;
  • мембранные насосы, используемые при необходимости равномерного нагнетания составов средней или низкой вязкости;
  • пневматические насосы высокой производительности, работающие от компрессора и предназначенные для равномерной подачи полимерных и минеральных составов.


Подача растворов на основе цемента в скважину производится при помощи инъектора, который для закрепления грунтов на глубину до 5м погружается при помощи отбойного молотка, состоящего из следующих элементов:

  • наконечника – перфорированной трубы с острым наконечником;
  • штанг – отрезков трубы диаметром от 25 до 74 мм, длиной до 1,5 м, которые наращиваются по мере погружения инъектора;
  • оголовка — стакана, способного воспринять ударные нагрузки при погружении инъектора в грунт.


Важным элементом технологии усиления грунтов основания методом инъектирования является пластиковый или металлический пакер  – устройство, через которое в перфорированную трубку подаются составы для инъектирования. С целью исключения возможности аварийного выброса инъектирующего раствора, пакер оборудуется обратным клапаном. Номенклатура оборудования, необходимого для работы станции приготовления раствора, определяется в зависимости от рецептуры инъектирующей смеси и особенностей технологии производства работ.

Почему именно «Прайм»?

Если у строительно-монтажных компаний, ведущих работы на территории Москвы и Московской области, возникает необходимость в усилении грунтов на земельном участке, отведенном под новое строительство, под фундаментами здания, подлежащего реконструкции или просевшего из-за изменившихся грунтовых условий, многие генподрядные организации обращаются к нам – в ООО «Прайм».

Это обусловлено:

  • семилетним периодом нашей деятельности, в течение которого не было получено ни одной обоснованной рекламации;
  • имеющимся у нас опытом работ по этому профилю;
  • штатом специалистов, знающих особенности технологии инъектирования грунтов различными современными материалами;
  • наличием специальной техники и оборудования.


Регулярное повышение квалификации сотрудников нашей компании позволяет ООО «Прайм» быть в курсе новых разработок в строительной сфере и в короткие сроки осваивать передовые технологии. Все это обеспечивает выполнение усиление грунтов в сжатые сроки и с высоким качеством, а также дает результат, предусмотренный проектными материалами.

Свая для уплотнения песка – обзор

7.1 Введение

В последние годы острая потребность в строительстве различной инфраструктуры на непригодных отложениях мягкого грунта привела к появлению передовых методов улучшения грунта. Предварительная нагрузка перед строительством считается одним из наиболее практичных методов предотвращения чрезмерной осадки сильно сжимаемого грунта после строительства; предварительное нагружение, представляющее собой применение поверхностной или вакуумной нагрузки или понижение уровня грунтовых вод для достижения ожидаемой осадки консолидации под постоянной нагрузкой.Однако для толстых грунтовых отложений с низкой проницаемостью требуемое время консолидации только за счет предварительного нагружения может быть слишком большим, и разрушение подшипника может иметь место при быстром строительстве насыпи. Поэтому часто вводят систему вертикальных дрен с предварительным нагружением для ускорения процесса консолидации за счет сокращения пути дренажа с вертикального на горизонтальный (Nicholson and Jardine, 1982). Рабочие характеристики различных типов вертикальных дрен, включая песчаные дрены, песчаные уплотняющие сваи, сборные вертикальные дрены (PVD, геосинтетические) и гравийные сваи, изучались в прошлом (Ричарт, 1957; Купер и Роуз, 1999; Индраратна и др.). ., 1999; Индраратна и Сатанантхан, 2003). Использование геосинтетических PVD стало экономичным и жизнеспособным вариантом из-за их быстрой установки с помощью простого полевого оборудования (Holtz et al., 1991; Shang et al., 1998). Из-за нехватки подходящего материала для насыпи и относительно низкой стоимости электроэнергии в некоторых районах для достижения быстрого уплотнения и уменьшения высоты насыпи для насыпи использовалась вакуумная предварительная загрузка с системой вертикального дренажа (Kjellman, 1952; Qian et al. др., 1992; Чу и др. , 2000; Эрикссон и др., 2000; Гао, 2004). Кроме того, усовершенствование воздухонепроницаемых систем для создания вакуума с помощью синтетических покрытий сделало эту форму улучшения почвы еще более привлекательной и жизнеспособной.

Для анализа работы вертикальных дрен Баррон (1948) и Ричарт (1957) предложили теорию элементарных ячеек, представляющую единственную дрену, окруженную грунтовым кольцом в осесимметричном состоянии (3D). Впоследствии Хирд и соавт. (1992) и Indraratna и Redana (1997) предложили элементарную ячейку, сформулированную для условия плоской деформации (2D), которая может более подходящим образом использоваться в численном моделировании.Для моделирования нескольких дрен упрощенный анализ методом конечных элементов плоской деформации (2D) может быть легко адаптирован к большинству полевых ситуаций, поскольку практически невозможно провести анализ (даже с помощью самых мощных компьютеров) с использованием отдельной осесимметричной зоны вокруг каждой независимой вертикали. дренаж, когда на крупных строительных объектах установлены сотни фитильных дренажей (Hansbo, 1981; Hansbo, 1997; Indraratna and Redana, 2000). Чтобы получить реалистичные прогнозы месторождений, осесимметричные свойства, такие как коэффициенты проницаемости и геометрия дрен, должны быть преобразованы в эквивалентные условия плоской деформации (Indraratna and Redana, 1997).Анализ плоской деформации также может учитывать предварительную вакуумную нагрузку в сочетании с PVD (например, Gabr and Szabo, 1997). Mohamedelhassan и Shang (2002) обсудили применение вакуумного давления и его преимущества, но без использования каких-либо вертикальных дрен. Моделирование вакуумного давления с помощью PVD в аналитических или численных моделях требует дальнейшего уточнения для получения более качественных прогнозов поля.

Основная цель этой главы состоит в том, чтобы представить некоторые всесторонние аналитические решения для предварительной вакуумной загрузки в сочетании с вертикальными сливами, охватывающими как условия осесимметричной, так и эквивалентной плоской деформации. Аналитические прогнозы сравниваются с численными результатами, основанными на методе конечных элементов с использованием программного обеспечения ABAQUS, версия 6.4. На основе решения эквивалентной плоской деформации численные прогнозы также сравниваются с полевыми данными (например, осадки, боковые смещения и избыточное поровое давление).

Сваи для уплотнения песка: теория и практика для разработки морских месторождений | Международная океанская и полярная инженерная конференция

РЕФЕРАТ

Сваи для уплотнения песка широко используются во многих странах для проектов разработки морских месторождений.Эти сваи помогают улучшить устойчивость за счет уменьшения потенциала разжижения и осадки различных сооружений, построенных на отвоеванной у моря земле. Эти сваи могут значительно «ускорить процесс рассеивания порового давления, что приводит к сокращению времени консолидации и увеличению сдвиговых усилий». прочности грунта.В статье представлены существующие теории уплотнения песка в различных типах грунта. Проведен обзор методов строительства песчаных свай, которые включают в себя уплотнение песка, дренирование песка, прочную песчаную сваю и мамонтовую уплотняющую сваю.Наконец, были представлены общие критерии проектирования и современная практика строительства свай для уплотнения песка в проектах разработки морских месторождений.

ВВЕДЕНИЕ

Сваи для уплотнения песка использовались в течение последних 30 лет для морских мелиоративных проектов, которые включают строительство аэропорта, металлургического комплекса, нефтеперерабатывающих заводов и хранилищ природного газа, портовых сооружений и т. д. Эти сваи обеспечивают экономичное и эффективный способ улучшения рыхлых песчаных и слабоглинистых грунтов для масштабных мелиоративных работ с моря.Сваи из песка помогают увеличить несущую способность и уменьшить возможную осадку и разжижение грунта, в котором они построены. Они также действуют как дренажи и, следовательно, ускоряют время, необходимое для первичного уплотнения водонасыщенных глинистых грунтов. Метод Vibro-Compozer для строительства уплотняемой сваи из песка был первоначально разработан Мураямой в 1958 году. С тех пор технология строительства уплотняющей сваи из песка была значительно усовершенствована и включает в себя песчаные дренажи, прочную песчаную сваю и гигантскую уплотняющую сваю для разных степеней. уплотнения и состояния площадки.

ТЕОРИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ уплотняющих свай из песка

Метод уплотняющих свай из песка и его применение

International Journal of Geosynthetics and Ground Engineering (2019) 5:24

https://doi.org/10.1007/s40891-0519-017 -9

СТАТЬИ, ПРЕДСТАВЛЯЮЩИЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЙ ИНТЕРЕС

Метод уплотняющих свай из песка и его применение

А. / Опубликовано в Интернете: 27 августа 2019 г.

© Springer Nature Switzerland AG 2019

Abstract

Уникальный метод улучшения грунта, разработанный в Японии, метод уплотнения песка (SCP), улучшает мягкий грунт

за счет использования вибрации для укладки песка или любой другой аналогичный материал в мягкий грунт через обсадную трубу и образует песчаные нагромождения в грунте

. Вибрационный метод SCP применяется не только к связному грунту, но и к песчаному грунту и является наиболее часто используемым методом противодействия разжижению в Японии. В этом отчете дается описание невибрационных и инъекционных SCP

, которые были разработаны на основе вибрационного метода SCP для удовлетворения текущих требований, таких как экологичность

и уменьшение размеров, а также то, как они используются, какие материалы используются, и тематические исследования, касающиеся их применения.Кроме того,

в результате анализа эффекта улучшения как меры противодействия разжижению, эффекты улучшения невибрационного

SCP и SCP инжекционного типа эквивалентны эффекту вибрационного SCP. Из них подтверждается, что метод SCP может применяться в различных условиях выполнения в качестве меры противодействия разжижению, и ожидается, что этот метод может быть широко использован в странах по всему миру.

Ключевые слова Метод уплотнения свай из песка· Вибрационный тип· Невибрационный тип· Инъекционный тип

Введение

Разработанный в Японии метод уплотнения свай из песка (SCP)

используется для укрепления мягкого грунта путем укладки песка или аналогичный материал

в мягкий грунт через обсадную трубу и

вибрация песка для образования плотно уплотненных песчаных свай

в земле. Основными принципами совершенствования метода являются «уплотнение» и «дренаж». Таким образом, метод SCP

был применен в Японии для строительства фундаментов

различных сооружений, включая дороги, порты и здания,

в качестве метода улучшения мягкого грунта, применимого к различным типам грунта, таким как песчаный грунт или связный грунт. Это

требует только одной машины, и его производительность была успешно

продемонстрирована во многих проектах.В частности,

при применении УПП для улучшения песчаного грунта, также во многих случаях используется

для предотвращения возникновения разжижения. Хорошие показатели

многих полигонов, улучшенных с помощью SCP, в прошлых крупных

землетрясениях доказали эффективность метода [1, 2]. Таким образом,

считается самым надежным методом противодействия разжижению

в Японии.

При применении метода SCP к связному грунту для создания

сложного грунта, состоящего из уплотненных песчаных отвалов

и окружающего на месте грунта, принцип метода демонстрирует

композитный эффект, который сочетает песчаные отвалы с

высокая прочность на сдвиг (эффект замещения и концентрации напряжений

эффект) и эффект обезвоживания от окружающего

связного грунта песчаными отвалами (эффект дренирования), как показано

на рис. 1а. Между тем, при применении метода к песчаному грунту

уплотненные песчаные сваи уплотняются для уменьшения коэффициента пустот

песчаного грунта, прилегающего к указанным песчаным сваям, и

создают грунт с высокой плотностью, высокой несущей способностью и высокой

устойчивость к разжижению (рис. 1b).

В этом документе рассказывается об истории и изменениях метода

SCP, который был разработан для удовлетворения требований

того времени, с точки зрения процедуры применения,

материалов, а также экономических аспектов.Кроме того, документ

описывает изменения в технологии строительства

от вибрационного SCP к более экологически чистому невибрационному SCP

, а также к SCP

статического нагнетательного типа с использованием откачки песка. Затем представлены некоторые тематические исследования. -0011, Япония

2 Fudo Tetra Corporation, 7-2, Nihonbashi-Koami-chou,

Chuou-ku, Tokyo-103-0016, Япония

3 Университет Кумамото, 2-39-1, Kurokami, Chuo- ku,

Kumamoto860-8555, Япония

Содержание предоставлено Springer Nature, применяются условия использования. Права защищены.

Новый метод уплотнения свай из песка для уплотнения разжижаемого грунта под существующей конструкцией

Реферат

Великое восточно-японское землетрясение 2011 г. нанесло серьезный ущерб инфраструктуре из-за разжижения грунта, в результате которого многие насыпи рухнули с большой осадкой и обрушением откосов. Метод уплотнения песчаных свай является одним из типичных методов улучшения грунта для уплотнения грунта путем установки уплотненных песчаных свай в землю. Этот метод часто применялся для смягчения разжижения.Тем не менее, текущий метод создания песчаных свай SCP в вертикальном направлении не способен уплотнить грунт под существующим сооружением. Для применения метода к существующей структуре недавно был разработан новый тип метода SCP, при котором столбы из уплотненного песка могут быть построены в любом направлении. Эта статья кратко представляет новый тип метода SCP и эффективность локального уплотнения с помощью численного анализа. В этой рукописи была проведена серия численных анализов для оценки влияния формы и расположения улучшенной зоны SCP на динамическую реакцию насыпи. В этой статье описывается численный анализ, а также разработка, техника и процедура метода, а также подчеркивается уникальность и эффективность метода предотвращения разжижения для новых и существующих структур.

1Введение

В Японии мягкий аллювиальный грунт часто встречается на наземных и морских сооружениях. Песчаный грунт обладает относительно предпочтительными свойствами сжимаемости, но при землетрясении в рыхлом и насыщенном состоянии может произойти разжижение.Фактически, многие объекты инфраструктуры были серьезно повреждены во время землетрясения в Хёгокен-Намбу в 1995 году и землетрясения и цунами в Тохоку в 2011 году. В Японии были разработаны и доступны многие виды методов стабилизации грунта для противодействия разжижению. Среди них в 1956 году был разработан метод уплотнения песка (SCP), основной концепцией которого является увеличение плотности грунта путем подачи определенного количества гранулированного материала (обычно песка) в грунт [1]. Эффективность метода в качестве меры противодействия разжижению была впервые подтверждена во время землетрясения Мияги-кен Оки в Японии в 1978 году, и с тех пор этот метод часто применялся для многих строительных проектов. В процессе строительства обсадная труба вертикально проникает в землю, а на этапе извлечения песок подается в землю через обсадную трубу и уплотняется вибрацией, динамическим ударом или статическим возбуждением для создания уплотненной песчаной кучи в земле.

По мере развития инфраструктуры в Японии требуются новые технологии для усиления не только новых, но и существующих конструкций от ожидаемых сильных землетрясений в будущем, когда грунт под конструкциями должен быть уплотнен в условиях ограниченного рабочего пространства.В связи с этим в 2008 году был разработан достаточно уникальный метод уплотнения песчаных свай SAVE-SP, который позволяет устанавливать песчаные сваи вертикально или под углом в грунт [2]. В этом методе гранулированный песок псевдоожижается путем смешивания специального агента и воды и вводится в землю через трубу малого диаметра. Закачанная в землю почва становится зернистой благодаря медленно действующему пластификатору-замедлителю с образованием уплотненных песков. Поскольку машина для этого метода невелика, она позволяет строить в любом направлении под структурой, которая, как ожидается, более эффективно предотвратит разжижение.С другой стороны, он поощряет создание новой процедуры проектирования для точной оценки эффекта улучшения.

В этой рукописи была проведена серия числовых анализов для оценки влияния формы и расположения улучшенной зоны SCP на динамическую реакцию насыпи. В этой статье описывается численный анализ, а также разработка, оборудование и процедура метода, что подчеркивает уникальность и эффективность метода предотвращения разжижения для новых и существующих структур.

2 Описание метода уплотнения песка нового типа

2.1 Описание метода

Метод уплотнения песка (SCP) был впервые разработан в 1956 г. уплотняется вибратором, установленным на верх обсадной трубы (метод вибрационного ВПП). Чтобы свести к минимуму неблагоприятное воздействие вибратора на окружающую среду, в 1995 году был разработан метод SCP невибрационного типа (Silent, Advanced Vibration-Erasing Composer, метод SAVE), при котором песок, нагнетаемый в грунт, статически уплотнялся путем принудительного подъема/подъема. приводное устройство вместо вибратора.В последние годы требуется предотвратить разжижение грунта под существующей структурой, такой как здание, речная дамба и взлетно-посадочная полоса аэропорта. Метод SCP с нагнетанием песка (метод SAVE-SP) был разработан для требований, как показано на рис. 1. В этом методе гранулированный песок псевдоожижается путем смешивания со специальным веществом и водой и впрыскивается в землю через трубу малого диаметра. . Введенный в землю грунт превращается в гранулы под действием медленно действующего пластификатора-замедлителя с образованием уплотненных песков, как показано на рис.2. Исходя из того принципа, что этот метод зависит от операции по впрыскиванию песка в грунт и уплотнению окружающего грунта, псевдоожиженный песок должен иметь свойства, противоположные текучести, сохраняя водоудерживающую способность, чтобы избежать засорения трубы и умеренную дренируемые характеристики для рассеивания с целью получения мгновенной высокой плотности песка при закачивании в грунт. Кроме того, в псевдоожиженный песок добавляют медленнодействующий замедлитель схватывания пластификатора, чтобы свести на нет эффект псевдоожижающего реагента после попадания в грунт.На рис. 3 сравнивается размер трех методов.

Характеристики этого метода можно обобщить следующим образом:

  • 1) Малогабаритная исполнительная машина, показанная на рис. 3, позволяет использовать ее в ограниченном рабочем пространстве и/или в течение ограниченного рабочего времени.

  • 2) Способ осуществляется через небольшую скважину диаметром около 10 см, что позволяет свести к минимуму воздействие на эксплуатируемые инфраструктуры что обеспечивает незначительное влияние вибрации и шума на окружающую среду.

  • 4) Этот метод чрезвычайно экономичен по сравнению с обычными контрмерами разжижения, доступными для работы в небольшом рабочем пространстве и/или для улучшения состояния под существующими конструкциями.

  • 5) Экологичен и легко ассимилируется с землей, так как используется природный песок.

2.2Машина и исполнение

Система машин для этого метода, как показано на рис. 1, состоит из малогабаритной приводной машины, транспортирующего насоса, смесительной установки для производства псевдоожиженного песка и обратной лопаты для подачи песка. в бункере.Система машин занимает небольшую площадь около 3 м на 6 м. В смесительной установке псевдоожиженный песок производится путем смешивания воды, псевдоожижающего реагента и пластификатора-замедлителя с песком, а затем подается в исполнительную машину с помощью насоса поршневого/цилиндрового типа на максимальное расстояние около 100 м.

На рис. 4 показана аналогичная процедура построения. Шаги с (1) по (4) могут обеспечить то же качество уплотнения, что и обычный SCP.

  • (1) После позиционирования машины сверлится обсадная штанга и устанавливается на расчетную глубину.

  • (2) Ожиженный песок выгружается из нижнего конца стержня и сжимается, образуя кучу песка диаметром 70 см

  • (3) Стержень поднимают на 20 см для следующего выгрузки

  • (4) Повторите шаги (2) и (3) для проектирования верхнего уровня для изготовления сваи из уплотненного песка. Сбрасываемый в землю псевдоожижающий песок постепенно превращается в гранулы под действием замедляющего пластификатора.

2.3История улучшения существующих конструкций [3]

В этом разделе кратко представлена ​​одна из историй успеха метода, где он применялся для улучшения сейсмических характеристик речной дамбы вблизи частных домов. На рис. 6 показано состояние грунта на площадке и сечение улучшения. Этот метод был выбран из-за его низкого уровня шума и вибрации во время выполнения для минимизации неблагоприятного воздействия на обратную сторону реки и небольшого занимаемого места на переднюю сторону реки.

На участке, как показано на рис. 6, стратифицировано несколько слоев песка и глины, общая мощность которых составляет около 15 м, а значения SPT- N варьировались от 1 до 20 по глубине. Целевыми улучшающими слоями являются два слоя аллювиального песка и слой глины, названные AUs, ALs и ALc соответственно. При выполнении проекта на склоне речной дамбы со стороны дома была временно сооружена небольшая песчаная насыпь в качестве платформы для машины. Сваи из песка были построены в 3-8 рядов, чтобы сформировать квадратное расположение 1.Расстояние от 2 до 1,9 м. Длина свай составляла от 2 до 14 м, а длина бурения от гребня дамбы — от 9 до 21 м. Две приводные машины использовались, как показано на рис. 7, где псевдоожиженный песок производился и подавался из одной смесительной установки, расположенной примерно в 100 м от площадки, чтобы избежать неблагоприятного шума в домах.

На рис. 8 показано распределение значений SPT- N по глубине до и после улучшения. Рисунок ясно подтверждает, что значения SPT- N для слоев были увеличены примерно до 20, что соответствует проектным требованиям.На рисунке также показано другое значение SPT- N для сравнения, которое было измерено на речной стороне дамбы, улучшенной методом невибрационного типа SCP, методом SAVE. На рисунке показано, что почти одинаковое увеличение значения SPT- N может быть достигнуто двумя типами методов SCP, даже если машина метода SAVE-SP довольно мала.

3Численный анализ

Как упоминалось выше, новый тип метода SCP позволяет нам улучшать грунт под существующей структурой с любой произвольной формой уплотняемой части.Этот метод способствует поиску наиболее эффективной формы и места улучшения сейсмостойкости пролетного строения. Была проведена серия динамических анализов методом конечных элементов для изучения влияния формы и расположения улучшенной части на реакцию грунта и механизм деформации насыпи и грунта.

3.1 Состояние грунта и расчетная модель

Двумерный анализ методом конечных элементов был проведен в условиях плоской деформации [4]. Насыпь на рыхлом песчаном грунте представлена ​​в расчетах, как показано на рис.9 по документам и источникам, в которых анализировались повреждения дамб во время Великого восточно-японского землетрясения 2011 г. [5, 6]. Слой песка мощностью 7 м на поверхности подстилается слоем глины мощностью 3 м, а самый глубокий слой — гравийным слоем мощностью 10 м. Уровень воды установлен на глубине 0,5 м от поверхности земли. Конфигурация насыпи определяется по нормам проектирования [7], где параметры грунта слоев грунта приведены в табл. 1. Хашигучи и Чен [8] были приняты для моделирования накопления порового давления воды из-за циклического сдвигового сдвига.Их значение SPT- N и тонкость ( F c ), плотность частиц грунта ( ρ s ) и проницаемость ( k ) принимались исходя из таковых на определенном поврежденном участке. и другие параметры были приняты эмпирическими корреляциями и циклическими недренированными трехосными испытаниями. На рис. 2 показана кривая прочности на разжижение грунтов, использованных для разжижаемого слоя и зоны улучшения. Коэффициент улучшения зоны улучшения устанавливается равным 20 % на протяжении всего анализа.

Слой глины и слой гравия, смоделированные моделью Друкера-Прагера, в расчете принимались как несжижаемый слой, где накопление порового давления воды не учитывалось. Принимали значение SPT- N , индекс пластичности ( I p ), плотность частиц грунта ( ρ s ), водопроницаемость ( k ), глинистого слоя. Для гравийного слоя приняты значения SPT- N и плотности частиц грунта ( ρ s ), проницаемости ( k ).Другие параметры для этих двух слоев были определены с использованием эмпирических корреляций.

Насыпь в сухом состоянии моделируется расширенной моделью поверхности под нагрузкой, предложенной моделью Хашигучи и Чена [8] для имитации ее динамического поведения. При анализе моделировались два типа насыпи для исследования влияния ее плотности на динамическое поведение: (а) слабоуплотненное состояние и (б) хорошо уплотненное состояние. Почвенные параметры условий были такими же, как разжижаемый слой и зона улучшения соответственно.

Насыщенные водой грунты сдвигаются в недренированном состоянии, т. е. в данном анализе не учитывается фильтрационный сток. Демпфирование системы было представлено демпфированием, пропорциональным жесткости, а используемый коэффициент демпфирования составлял 1% в первом режиме системы свободных колебаний. Количество узлов расчетной модели — 5673, а элемента — 5460. Граничные условия грунта приведены в таблице 2. Боковые границы аналитической области удалены от насыпи и заданы как периодические граничные условия.

3.2 Входное сейсмическое движение

На динамическую реакцию и поведение деформации грунта влияют многие факторы, такие как частотная характеристика, фаза или амплитуда сейсмического движения. Движение при землетрясении, использованное в анализе, показано на рис. 11, которое было измерено на поверхности земли во время землетрясения Иватэ-Мияги 2008 г. [9]. Входное сейсмическое движение применяется к основанию модели параллельно поверхности земли.

3.3Случаи анализа

В общей сложности 10 случаев были анализом изменения типа улучшения грунта и степени уплотнения насыпи, как показано в таблице 3 и на рис.12: (а) блочное улучшение, (б) боковое улучшение, (в) углубленное улучшение и (г) V-образное улучшение и отсутствие улучшения. Улучшение блока имитирует случай, когда разжижаемый грунт основания непосредственно под насыпью улучшается до строительства насыпи (рис.  12(а)). Боковое улучшение в настоящее время является наиболее распространенным случаем улучшения с помощью стандартного метода SCP для сейсмического улучшения грунта существующей насыпи, когда улучшают сжижаемый слой рядом с насыпью, а не под насыпью (рис.12(б)). В случаях улучшения долины и V-образного улучшения ожидается применение метода SAVE-SP, при котором песчаные сваи забиваются со стороны насыпи под углом. Улучшение долины происходит в случае, когда рабочая область ограничена (рис. 12 (c)). V-образное улучшение происходит в случае рабочей зоны того же размера, что и в случае бокового улучшения, когда сжижаемый слой под насыпью улучшается в виде параллелограмма (рис. 12 (d)).

3.4Результаты и обсуждения

Поскольку подробное обсуждение анализов было представлено в литературе [10], анализы в хорошо уплотненных случаях кратко обсуждаются в этой рукописи.

3.4.1 Избыточное поровое давление воды

Динамика избыточного порового давления воды в грунте под насыпью (на –2,25 м) во времени показана на рис. давление воды сначала увеличивается, но снижается при сотрясении, что чувствительно связано с боковым растяжением грунта фундамента. Это, в свою очередь, указывает на то, что уплотнение непосредственно за пределами насыпи недостаточно жесткое, чтобы ограничить боковое смещение грунта.В случаях желобчатой ​​и V-образной крепи избыточное поровое давление воды увеличивается и поддерживается на высоком уровне при сотрясении, так как они ограничивают растяжение неблагоустроенного участка под насыпью. Это показывает, что влияние улучшенной зоны, имеющей высокую жесткость, на ограничение деформации неулучшенного грунта является переменным в зависимости от формы и местоположения улучшенной зоны. На рис.14 для различных шаблонов улучшений, а также для случая отсутствия улучшений. Коэффициент избыточного порового давления воды достигает 1,0 в сжижаемом слое в свободном поле, что означает, что эта область полностью сжижена. Установлено, что в случаях неулучшения и бокового улучшения коэффициент избыточной поровой воды остается относительно небольшим значением под насыпью. Это связано с упомянутым выше боковым растяжением, которое также было подтверждено в центрифужных испытаниях и численном анализе [11, 12].На рисунке 14(b) ясно видно, что отношение остается довольно малым значением в улучшенной зоне даже при встряхивании, что указывает на то, что разжижение там не происходит. В случаях желобчатого улучшения и V-образного улучшения (рис. 14 (г) и (д)) установлено, что отношение увеличивается до 1,0 на неулучшенном участке под насыпью, что указывает на то, что здесь происходит разжижение. Они показывают, что может быть трудно предотвратить разжижение в неулучшенной зоне под насыпью локально, даже при долинном улучшении и V-образном улучшении в этих случаях улучшения.

3.4.2 Осадка насыпи

Осадка насыпи может быть вызвана несколькими факторами, как показано на рис. 15, которые можно разделить на (а) боковое растяжение насыпи, (б) объемное сжатие насыпи, (в) ) боковой поток грунта основания и (d) объемное сжатие грунта основания [13]. На рис. 16 показаны эти компоненты осадки насыпи. Поскольку анализ проводится в недренированном состоянии, объемное сжатие грунта должно быть равно нулю.На рисунке показано, что составляющая осадки из-за объемного сжатия насыпи может быть незначительной, поскольку в анализе предполагается, что насыпь хорошо уплотнена. Установлено, что осадка насыпи за счет бокового течения грунта является доминирующей во всех случаях, кроме блочного благоустройства. В случае блочного улучшения расчет из-за него довольно мал, около 1/4 от этого значения при отсутствии улучшения. В случаях боковых, ендовных и V-образных улучшений осадка за счет этого не так мала, а составляет около 3/4 от таковой при отсутствии благоустройства, что свидетельствует об эффективности благоустройства под насыпью.Для осадочного компонента из-за бокового течения насыпи любая форма улучшения может функционировать для его уменьшения, что составляет примерно 1/2 независимо от формы улучшения. Суммарная осадка насыпи наименьшая, около 30 % от неблагоустройства в блочном благоустройстве под насыпью. Три других улучшения также показывают свое влияние на снижение осадки примерно до 74% от отсутствия улучшений.

3.4.3 Горизонтальное и вертикальное распределение деформации

Влияние геометрии улучшенной зоны на динамическое поведение грунта обсуждается путем сравнения двух случаев улучшения: бокового улучшения и улучшения в долине.На рисунке 17 показано распределение горизонтальной и вертикальной деформации вдоль центральной линии насыпи для различных этапов, где деформация сжатия представлена ​​положительным значением. Согласно рис. 11, 5, 15, 25 и 50 сек. на рисунке соответствуют начальному этапу основных встряхиваний, в момент окончания больших встряхиваний, в конце основных встряхиваний и в конце расчета соответственно.

В случае бокового улучшения (рис. 17(а)), относительно большая горизонтальная деформация растяжения возникает в глубокой части грунта, примерно от –7 до –5 м от поверхности земли в начале и вскоре после основного тряска.Это поведение соответствует горизонтальному смещению в глубокой части грунта, как показано на рис. 8. Установлено, что горизонтальное растяжение также имеет место в насыпи. Горизонтальная деформация растяжения имеет тенденцию преобладать в глубокой части вскоре после сильного сотрясения 15 с. По упомянутому выше поведению можно сказать, что не только вся часть насыпи, но и глубокая часть грунта под насыпью растягивается в поперечном направлении при сотрясении.

В случае желобчатого улучшения горизонтальная деформация растяжения в неглубокой части грунта имеет тенденцию преобладать, а в насыпи имеет тенденцию к уменьшению по мере приближения к гребню. Эта тенденция наблюдалась и в случае V-образного улучшения. Таким образом, можно сказать, что область вокруг гребня насыпи имеет тенденцию к сжатию, а нижняя часть насыпи растягивается в стороны при сотрясении. Это предполагает, что залповое или V-образное улучшение может свести к минимуму серьезное растрескивание, вызванное землетрясением, на гребне, хотя заметное преимущество не может быть замечено в уменьшении общей осадки.

4 Заключительные замечания

В этой рукописи были представлены схема нового типа метода SCP и численный анализ, чтобы подчеркнуть эффективность улучшения под существующей насыпью для предотвращения разжижения и повышения устойчивости насыпи.

Был разработан метод SCP нового типа, при котором гранулированный песок псевдоожижается для введения в землю, а затем повторно гранулируется для производства уплотненных песчаных свай. Этот метод имеет много преимуществ, таких как высокая применимость для улучшения существующей конструкции, низкий уровень шума и вибрации для минимизации неблагоприятного воздействия на окружающую среду.История болезни также показывает высокую эффективность улучшения, которая почти такая же, как и при обычном методе SCP. Численный анализ был проведен для обсуждения влияния улучшения под насыпью на предотвращение разжижения и устойчивость насыпи. Анализы показывают, что благоустройство под насыпью, ендовные и V-образные улучшения, предотвращает поперечное растяжение грунта под насыпью, что может обеспечить повышение устойчивости насыпи и уменьшение осадки насыпи.

И последнее, но не менее важное: для укрепления не только новых, но и существующих сооружений на случай сильных землетрясений в будущем требуется много исследований и новых методов улучшения грунта.

ВВЕДЕНИЕ В СПОСОБ УПЛОТНЕНИЯ СВАЕВ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ МЯГКИХ ОСНОВАНИЙ

Здесь описан метод, благодаря которому для стабилизации мягкого грунта основания был достигнут рекорд выполнения в несколько десятков миллионов метров общей длины сваи.В описанной здесь процедуре сваи для уплотнения песка представляют собой хорошо уплотненные песчаные столбы. Вибрационные сваи для уплотнения песка устанавливаются с помощью стандартного оборудования (на фото), которое состоит из крана P&H 255 ALC, двухмассового вибратора, способного создавать вертикальное усилие 22 тонны при частоте 700 ударов в минуту, и трубы. с внутренним диаметром 40 см. Более крупное оборудование специальной конструкции производит более длинные и большие колонны. Перечислены последовательные шаги в процедуре установки.Приведены подробности процедуры проектирования, которая зависит от типа стабилизируемого грунта. При стабилизации рыхлого песчаного грунта проект направлен на расчет того, как получить коэффициент пустотности грунта, необходимый для обеспечения устойчивости к разрушению и обеспечения допустимой осадки. На практике полевые условия, определяемые прочностными и деформационными свойствами песка, оцениваются по стандартному испытанию на проникновение (SPT). Значения SPT N коррелируют с комбинацией эффективного давления вскрыши и относительной плотности или коэффициента пустотности.Описанный здесь метод успешно применялся в различных строительных проектах. Описаны примеры практических проектов. Специальные методы (такие как использование гравийных, цементно-песчаных и известково-песчаных свай) применяются для удовлетворения потребности в более высокой степени стабилизации.

Информация о СМИ

Тема/Указатель Термины

Информация о подаче

  • Регистрационный номер: 00262080
  • Тип записи: Публикация
  • Номера отчетов/документов: Технический представитель № 16
  • Файлы: ТРИС
  • Дата создания: 22 октября 1974 г. , 00:00

Объем ствола трубных свай в песке

Цитируется по

1. Численное исследование влияния установки вбитой сваи в песках на вертикальную несущую способность сваи

2. Лабораторное исследование сопротивления вдавленной свае

3. Приводность стальных цилиндров большого диаметра при ударной группе вибрационная установка для моста Гонконг-Чжухай-Макао

4. Исследование образования грунтовых пробок в пустотелых сваях методом PIV

5. Численная модель VPS для оффшорных ветряных свай на основе гипопластической теории

6. Испытание статической нагрузкой и численный анализ факторов, влияющих на предельную несущую способность трубных свай PHC в многослойном грунте

7. Применимость методов прогнозирования несущей способности CPT к забивным монолитным сваям в сыпучем грунте

8. Обзор конструкции осевых свай на основе CPT в Нидерландах

9. Реакция свежих бетонных свай на проникновение обсадной трубы в глину

10. процесс установки

11. Влияние удаления грунтовой пробки на несущую способность симметричных и несимметричных групп свай

12. Модельные испытания открытых бетонных трубчатых свай, забитых в песок

13. Численное и экспериментальное исследование грунта Сопротивление пробою открытой трубной сваи с ограничительной пластиной

14. Конечно-элементное моделирование больших деформаций экспериментов по установке насыпной сваи в песке

15. Механизмы образования грунтовой пробки открытой забивной трубной сваи в глине

16. Несущая способность предварительно забуренной залитой шпунтованной сваи при различном давлении вскрышных пород в плотном песке Поля напряжений и деформаций на основе CPT

19. Сравнение реакции на нагрузку закрытых и открытых трубчатых свай, забитых в гравийный песок

20. Влияние внутреннего грунта на вертикальную динамическую реакцию трубы свая, заглубленная в неоднородный грунт

21. Несущая способность предварительно пробуренной цементируемой сваи в плотном песке

22. Влияние свойств сцементированного грунта на поведение предварительно пробуренной цементобетонной посаженной сваи при сжатии

23. Влияние шероховатости поверхности на Сопротивление вала модели сваи перемещению в песке

24. Экспериментальное исследование сопротивления вала модели сваи в псевдоожиженном и нефлюидизированном мелкозернистом песке

25. Реакция групп свай, забитых в песок, на комбинированные нагрузки

Новая модель взаимодействия вертикальной динамической реакции трубчатых свай с учетом эффекта грунтовой пробки

27. Численное исследование эффекта тампонирования грунта внутри втулки монолитной сваи, забиваемой вибропогружателем в глинах

28. Численное моделирование формирования пробки при установке кожуха монолитных трубчатых (МБК) свай

29. Влияние шероховатости поверхности на сопротивление ствола неперемещаемых свай, заглубленных в песок

30. Сопротивление ствола забивных монолитных свай в песке

31. Поведение моносвайных фундаментов морских ветряных электростанций в песке

32. Поведение забивных предварительно напряженных высокопрочных бетонных свай в песчаных грунтах

33. Эффект тампонирования открытых свай в песчаном грунте

34. Анализ эффекта тампонирования открытых свай на основе полевых испытаний

35. Напряжения, возникающие при внедрении свай смещения в песок

5

36.
Обзор расчетных формул для статической осевой реакции глубоких фундаментов по данным CPT (занявший второе место в конкурсе студенческих работ DFI 2013)

37. Сопротивление основания свай без смещения в песке. Часть I: полевые испытания. Исследование факторов корреляции, связывающих сопротивление основания на песке с результатами испытаний на конусное проникновение 43. Экспериментальные и численные исследования испытаний на выталкивающую нагрузку песчаных пробок в свае из стальных труб

44. Вертикальная несущая способность ростверковых фундаментов в песке

45. Сваи для морских ветряных турбин: обзор современного состояния

46. Грузоподъемность вала водоизмещающих свай в глине: обзор современного состояния Стеновые модельные сваи, используемые для исследования забивки трубчатых свай с открытым концом

48. Дробление зерен песка и сдвиг границы раздела фаз при установке подвижной сваи в песок

49. Разработка и испытание инструментальной модели сваи с открытым концом

51. Двухстенная трубчатая свая с инструментами для изучения поведения свай

52. Обзор эксплуатационных характеристик каменных колонн в мягких грунтах Кремнистые пески

54. Базовая нагрузка – реакция на смещение свай в песке

55. Расчет свай смещения на основе CPT в кремнистых песках

56. Оценка несущей способности свай с открытым концом загнали в песок из данных КПП

57. Закрытие «Определение несущей способности открытых свай в песке» Кюхо Пайка и Родриго Сальгадо

58. Обсуждение «Определение несущей способности открытых свай в песке» Кюхо Пайка и Родриго Сальгадо

Метод уплотнения песка|МЕТОДЫ СТРОИТЕЛЬСТВА|CHOWA KOGYO CO.,LTD.

Вибромолот для методов свай с уплотнением песка (метод SCP)
Вибромолот для методов свай с дренажом песка (метод SD)

Вибромолот для улучшения грунта с беспрецедентной мощностью и бесшумностью



Функция

Методы дренажа песка

(методы SD) и методы уплотнения песка (методы SCP) используются для укрепления грунта и предотвращения разжижения мягкого грунта в глубокой части портов.А в последнее время обсадные трубы становятся все длиннее и большего диаметра.
В связи с этим вибропогружатели, используемые для забивания и извлечения обсадных труб, должны быть более крупными и иметь более высокую производительность. Серия
CV представляет собой низкочастотные вибропогружатели с большей амплитудой и центробежной силой.
Также серия CV очень надежна за счет особой высокой производительности и долговечности в условиях эксплуатации как в море, так и на суше и признана основными машинами мелиорации грунта.

  1. Высокая производительность
    Сочетание амортизатора с самим вибратором обеспечивает высокую движущую силу для максимального сопротивления грунта.
  2. Низкий уровень шума
    Низкий уровень шума достигается за счет конструкторских ноу-хау, основанных на многолетнем опыте и новейших технологиях производства.
  3. Долговечность
    Доступность высокопроизводительных работ, основанных на идеях конструкции и дизайна, обеспечивающих длительную эксплуатацию.

Спецификация

CV4-50000SP CV4-56000SP
Эксцентриковый момент N・м
(кг・см)
4900
(50000)
3920
(40000)
5490
(56000)
4900
(50000)
Частота Гц
(об/мин)
9. 3
(560)
9,3
(560)
Центробежная сила кН
(тонн)

1716,8
(175,0)

1373,4
(140,2)
1922,7
(196,0)
1716,8
(175,0)
Общий вес кг 33400 34400
Динамический груз кг 23500 24200
Амплитуда без нагрузки мм 42.6 34,0 46,2 41,4
Виброускорение г’ 7,6 6,1 8. 1 7,2
Мощность двигателя кВт 400 400
Макс. тянущая нагрузка кН
(тонн)
1177
(120)
1177
(120)

Измерение

CV4-50000SP CV4-56000SP
А 2118 2266
Б 2384 2384
С 1475 1475
Д 5977 6125
Е 2438 2483
Ф 1440 1440
Г 1822 1870
Н 2350 2350
я 734 734
Ж 1228 1228
К 1045 1045
Л 2273 2273
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.