Навигация:
Главная → Все категории → Производство строительных работ

Устройство оснований, уплотнение грунтов, закрепление грунтов


Устройство оснований, уплотнение грунтов, закрепление грунтов

Основанием называется поверхность твердого грунта, на которой возводятся различного рода здания и сооружения, передающие через фундамент на грунт основания свою собственную массу и действующие на них усилия.

Проектирование оснований зданий и сооружений, а также целесообразность их устройства зависят от большого количества факторов, основными из которых являются: геологическое и гидрогеологическое строение грунта; климатические условия района строительства; конструкция сооружаемого здания и фундамента; характер нагрузок, действующих на грунт основания, и т. д.

Основания под фундаменты зданий и сооружений бывают естественными и искусственными.

Естественными основаниями называют грунты, которые в условиях природного залегания обладают достаточной прочностью и несущей способностью, чтобы выдержать нагрузку от возводимого здания или сооружения. Естественные основания не требуют дополнительных инженерных мероприятий по упрочнению грунта; их устройство заключается в отрывке котлована на расчетную глубину заложения фундамента здания или сооружения. К грунтам, пригодным для устройства естественных оснований, относятся скальные и нескальные.

Скальные грунты представляют собой залежи изверженных, осадочных и метаморфических горных пород (граниты, известняки, кварциты и др.). Встречаются они в виде сплошного массива или отдельных трещиноватых пластов. Они обладают большой плотностью, а следовательно, и водоустойчивостью и являются прочным основанием для любого вида сооружений.

К нескальным грунтам относятся крупнообломочные, песчаные и глинистые грунты. Крупнообломочные грунты (щебень, гравий, галька) представляют собой куски, образовавшиеся в результате разрушения скальных пород, с размерами частиц более 2 мм. Они уступают по прочности скальным грунтам. Если крупнообломочные грунты не подвержены воздействию грунтовых вод, они также являются надежным основанием.

Песчаные грунты представляют собой частицы горных пород крупностью от 0,1 до 2 мм. Пески крупностью от 0,25 до 2 мм обладают значительной водонепроницаемостью и поэтому при замерзании не вспучиваются. Прочность и надежность песчаных оснований зависят от плотности и мощности залегающего слоя песка: чем больше мощность залегания и более равномерней плотность слоя песка, тем прочнее основание. При регулярном воздействии воды несущая способность песчаного основания резко снижается.

Глинистые грунты представляют собой тонкодисперсные частицы чешуйчатой формы, размером менее 0,005 мм.

Сухое глинистое основание может выдерживать большие нагрузки от массы зданий и сооружений. С увеличением влажности глины резко падает ее прочность и несущая способность. Влияние положительных и отрицательных температур вызывает во влажной глине явления усадки при высыхании и пучения при замерзании воды в порах глинистого грунта.

Разновидностью глинистых грунтов являются супеси, суглинки и лёссы.

Супесчаные грунты — это смесь песка и глинистых частиц в количестве от 3 до 10%. Суглинистые грунты состоят из песка и содержат от 10 до 30% глинистых частиц. Эти виды грунтов могут применяться в качестве естественных оснований (если они не подвержены увлажнению). По своей прочности и несущей способности они уступают песчаным и сухим глинистым грунтам. Отдельные виды супесей, подверженных регулярному воздействию грунтовых вод, становятся подвижными. Поэтому они получили название плывунов. Этот вид грунтов непригоден в качестве естественного основания.

Лёссовые грунты — это частицы пылеватых суглинков со сравнительно постоянным гранулометрическим составом. Лёссовые грунты в сухом состоянии могут служить надежным основанием. При увлажнении и воздействии нагрузок лёссовые грунты сильно уплотняются, в результате чего образуются значительные просадки. Поэтому они получили название просадочных.

Наименования грунтов, а также критерии выделения грунтов со специфическими свойствами и их характеристики приведены в СНиП II-15-74 «Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования».

Искусственными основаниями называют грунты, которые по механическим свойствам в своем природном состоянии не могут выдерживать нагрузки от зданий и сооружений. Поэтому для их упрочнения необходимо выполнять различные инженерные мероприятия.

Для устройства искусственных оснований в лесной промышленности применяются главным образом механический и физический методы уплотнения грунтов.

К механическим методам относятся: замена слабого грунта более прочным, поверхностное и глубинное уплотнение.

Замену слабого грунта более прочным выполняют путем устройства под подошвами фундаментов гравийных или песчаных подушек с одновременным удалением слабого грунта.

Поверхностное уплотнение грунтов производится различными способами с применением механизмов, выбираемых в зависимости от глубины уплотнения и состояния грунта по влажности. Глинистые грунты на глубину до 50 см уплотняют гладкими или кулачковыми катками. Для уплотнения рыхлых песчаных и крупнообломочных грунтов на глубину до 1,5 м применяют виброкатки и виброплиты. Поверхностное уплотнение грунтов на глубину 2,5 м производят тяжелыми трамбовками массой от 2 до 4 т, подвешенными к стрелам кранов или копров, которые сбрасывают на поверхность с высоты 4—5 м.

Глубинное уплотнение грунтов требуется в том случае если грунт основания, уплотненный только поверхностным трамбованием, не может выдержать нагрузку данного сооружения, а также тогда, когда необходимо устранить просадочность грунта на большую глубину. Сущность глубинного уплотнения заключается в том, что в грунт основания на определенную глубину вводится уплотнитель в виде деревянных, стальных, бетонных и железобетонных свай различной длины, профиля и сечения.

По способу передачи вертикальных нагрузок на грунт для устройства искусственных оснований под фундаменты применяют два вида свай: сваи-стойки и висячие сваи. Сваи-стойки проходят через толщу слабых грунтов и нижними концами опираются на слой твердого грунта, способного воспринимать нагрузку надземного сооружения. Висячие сваи не достигают слоя твердого грунта, а удерживаются в слабых грунтах за счет возникновения трения между боковыми поверхностями и уплотненной толщей этих грунтов по всей своей длине.

По способу погружения в грунт сваи различаются на забивные и набивные. Забивные сваи изготавливают на специализированных заводах и погружают в грунт готовыми при помощи различного рода сваебойных машин, а набивные—непосредственно на месте строительства.

Деревянные сваи для устройства оснований под фундаменты применяют в районах, где лес является местным строительным материалом. Изготавливают деревянные сваи из пропитанной антисептиками древесины хвойных и лиственных пород (сосны, ели, лиственницы, дуба, клена, ясеня). Длина деревянных свай от 5 до 15 м, а диаметр от 22 до 32 см. Допускается применять сваи из иепропитанной древесины для устройства оснований под фундаменты временных или менее ответственных сооружений.

Деревянные сваи изготавливают из дерева, срощенными по длине из двух бревен внахлестку, пакетными, состоящими из двух, трех или нескольких бревен, соединенных друг с другом по длине в поперечном сечении.

Пакетные сваи применяют для устройства оснований в слабых грунтах, залегающих большими слоями над твердым грунтом, и при больших сосредоточенных нагрузках.

Стальные сваи — это балки двутаврового профиля с широкими полками. Благодаря этому они имеют большую площадь по периметру при малом поперечном сечении, что значительно увеличивает силу трения о грунт по сравнению с другими видами металлических свай и повышает несущую способность основания.

Из старых, уже использованных рельс, изготавливают рельсовые сваи. Для этого рельсы сваривают головками под углом 120° одну по отношению к другой.

Рис. 1. Расположение:
А — свай-стоек; Б — висячих свай; 1 — насыпной грунт; 2 торфяной грунт; 3 — илистый грунт; 4 — скальный грунт

Рис. 2. Расположение забивных и набивной свай:
А — забивная железобетонная; Б — забивная деревянная; В — набивная бетонная; 1 — насыпной грунт; 2 —торфяной грунт; 3 — илистый грунт; 4 — твердый

Рис. 3. Пакетная свая:
а — пакет сваи из трех срощенных по длине бревен; о — поперечное сечение пакетной сваи- 1 — сварное кольцо (бугель); 2 — стальной башмак

Бетонные сваи чаще всего изготавливают набивным способом непосредственно на стройплощадке в виде неармированных бетонных стержней квадратного или круглого сечения длиной до 5 м.

Железобетонные сваи бывают сплошного квадратного сечения, армированные обычной или предварительно напряженной арматурой, а также полые круглого сечения. Нижние концы полых свай могут быть открытыми или закрытыми. Закрытые концы делают с такими же остриями, как у свай сплошного сечения, иногда в нижней части делают отверстия для осуществления подмыва грунта.

Набивные сваи изготавливают по способу русского инженера А. Э. Страуса. Идея их изготовления заключается в том, что в местах уплотнения грунта бурят скважины (с оболочкой для поддержания грунта или без нее) и затем подготовленные скважины набивают заполнителем.

Для искусственного уплотнения грунтов и устройства оснований под фундаменты все виды свай, в зависимости от конфигурации сооружения, располагаются в плане различными способами, а именно:
— расположение свай частоколом, т. е. на близком расстоянии друг от друга, причем сваями занимается в прямом, шахматном, концентрическом или другом порядке все пространство под сооружением;
— расположение рядами из отдельно стоящих свай с более значительными расстояниями друг от друга, причем рядов может быть один или несколько параллельных, радиальных, концентрических и др.;
— расположение сплошным рядом, причем сваи или касаются друг друга, или соединяются в шпунт;
— расположение кустом, т. е. группой, состоящей из 2—18 очень близко расположенных между собой свай, окружающих одну основную центральную сваю или в плане вписывающихся в круг.

К физическим методам улучшения основания под фундаменты относятся: обжатие грунтов понижением уровня грунтовых вод и устройство вертикального дренажа.

Сущность обжатия грунтов заключается в окружении иглофильтрами или колодцами, из которых воду откачивают во-опонизительной установкой, площади основания под фундамент.

Вертикальные дрены устраивают в случае, когда необходимо уплотнить грунт под основание фундамента. Идея этого метода заключается в создании песчаных дренов в водо-насыщенном грунте. В результате этого пути фильтрации для отжимаемой воды из уплотняемого грунта уменьшаются и время уплотнения резко сокращается.

Кроме улучшения грунтов механическими и физическими способами применяют закрепление грунтов карбамидными смолами, глинизацию, битуминизацию и электрохимический и термический способы,

Закрепление грунтов карбамидными смолами используют при заложении оснований под особо ответственные сооружения, возводимые на сухих и водонасыщен-ных песках. Процесс осуществляется путем инъекции в грунт
водного раствора карбамидной смолы и раствора соляной кислоты. Растворы, проникая в поры песка, склеивают его отдельные зерна, и грунт становится в 3—5 раз прочнее оснований, обработанных способами цементации или силикатизации.

Рис. 4. Полые сваи:
а — пустотелая железобетонная свая с круглой полостью и открытой нижней частью; 6 — пустотелая железобетонная сборная свая с круглой полостью и конической закрытой наконечником с отверстием для подмыва грунта нижней частью; в — деталь соединения звеньев сваи при помощи фланцев и болта; L— длина сваи (от 3 до 15 м); D — диаметр сваи (от 500 до 800 мм)

Глинизацию и битумизацию применяют для уменьшения водопроницаемости скальных пород. Сущность глинизации заключается в нагнетании водной суспензии бентонитовой глины с содержанием монтмориллонита (не менее 60%) через перфорированные трубы диаметром 25—35 мм, погруженные в грунт. Когда для закрепления грунтов, насыщенных грунтовыми водами, обладающими высокими скоростями течения или агрессивностью, невозможно применить какой-либо из перечисленных способов, используют битумизацию. Этим способом закрепляют крупнозернистые песчаные, обломочные и трещиноватые скальные грунты.

Электрохимическое закрепление грунтов — это пропускание электрического тока между электродами, забитыми в грунт. Через трубу, служащую анодом, в грунт подают водные растворы солей многовалентных металлов, которые, соединяясь с глинистыми грунтами, создают твердое основание. Под действием тока электроды разрушаются, и продукты их разрушения химически соединяются с глинистыми частицами. От этого увеличивается прочность глинистого грунта.

Термический способ состоит в прогревании грунта до спекания частиц и превращении его в камневидное состояние. Применяется этот способ для укрепления лёссовых просадочных грунтов.

Устройство всех искусственных оснований под фундаменты, в связи с большими дополнительными затратами, удорожающими стоимость строительства зданий и сооружений, применяется только в необходимых случаях с обязательным технико-экономическим обоснованием.

Подготовка оснований под фундаменты относится к разряду скрытых работ, поэтому в процессе выполнения работ по строительству особое внимание уделяется вопросам качества уплотнения и закрепления оснований, на которых намечается возведение зданий и сооружений.

За качеством работ наблюдают работники грунтовой лаборатории, которые регулярно берут пробы грунтов на глубине 0,5 м и более и проверяют их прочность в лабораторных условиях.

При устройстве песчаных подушек особое внимание уделяется уплотнению песка в углах котлована или траншеи. При уплотнении грунта трамбующей машиной следят за выполнением требований, предъявляемых к высоте подъема трамбующей части снаряда в момент сбрасывания: правильному расположению следов трамбования и количеству ударов. В процессе уплотнения грунта катками и передвижными виброплитами ведется наблюдение за расположением следов и количеством проходов по уплотняемой поверхности основания. В зимнее время должно проверяться наличие мерзлых комьев грунта, допускаемое при производстве работ по уплотнению основания.

Особо тщательное наблюдение ведется за работами по уплотнению основании сваями. Процесс забивки свай подробно отражают в журнале свайных работ по установленной форме, куда записывают перерывы в работе сваебойного агрегата, поведение сваи во время забивки и другие характерные данные, так как отклонение от проектного положения одной или двух свай под фундаментом может влиять на устойчивость всего сооружения.

Контроль за качеством работ по закреплению оснований сводится к определению их прочности, монолитности и установлению водонепроницаемости. Такой контроль осуществляется бурением скважин диаметром не менее 127 мм с отбором кернов, вскрытием шурфов с отбором монолитов, нагнетанием воды в грунт через контрольные инъекторы или скважины и наблюдением за поведением грунтовых вод. При вскрытии шурфов отбирают образцы грунта и составляют акт с подробным описанием способа закрепления. Образцы испытывают на прочность, водонепроницаемость и водоустойчивость.

Новейшим методом определения качественных характеристик грунтов в основаниях фундаментов является радиоизотопный. Измерение плотности грунта этим методом не требует вскрытия шурфов в основании и отбора проб, она оценивается по тарировочной зависимости между интенсивностью гамма-излучений и плотностью грунта в условиях стройплощадки.

Все данные, полученные в результате контроля качества уплотнения и укрепления грунтов в основаниях, заносят в журнал скрытых работ, который хранится на строительстве. До начала работы государственной приемочной комиссии назначается рабочая комиссия, которая проверяет: соответствие всех выполненных строительно-монтажных работ проектно-сметной документации и действующим СНиПам; качество работ; исполнительные схемы искусственного уплотнения и закрепления оснований под фундаменты. Она же дает трехбалльную оценку качеству работ.



Похожие статьи:
Прокладка воздушных линий

Навигация:
Главная → Все категории → Производство строительных работ

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум