Викладач Алієва Л.І.

1.2.

2.

Для збільшення несучої здатності грунтів природного складання може бути з

стосовано його поверхневе ущільнення.

1.1. Поверхневе ущільнення грунтів

Поверхневе ущільнення зазвичай виробляють шарами товщиною £ 0,5 м, використовуючи такі механізми ущільнення, як поверхневі трамбівки, катки, вібротрамбовки, віброплити і т.д.

При необхідної товщині ущільнення грунту в 2 ... 3 м, застосовують по-поверхневі ущільнення важкими трамбівками, масою до 2 ... 7 т. У цьому випадку за ущільнює грунт (поверхні дна котловану) проводиться серія ударів по одному місцю до отримання умовного відмови. Трамбування піднімається краном на висоту до 3 ... 7 м і скидається на ущільнюваної ос-нування (рис. 2).

Рис. 2. Схема поверхневого ущільнення грунту важкими трамбівками

Поверхневе ущільнення важкими трамбівками застосовується для си-пучіх, а також лесових грунтів. Найбільший ефект ущільнення грунтів досягається при наявності в основі оптимальної вологості (рис. 3). Оптимальна вологість грунту визначається зазвичай експериментально, з використанням приладу стандартного ущільнення.

Рис. 3. Приблизний графік зміни rs=rs(w); де rs-щільність сухого грунту; W – вологість грунту; Wопт- оптимальна вологість грунту.

14 15 16 17 18     Рис. 4. Зміна щільності грунту rs основи по глибині H 1- зміни rs –до ущільнення; 2- теж після ущільнення; 3- опускання поверхні грунту до 0,4…0,5 м.

Для зв'язних грунтів оптимальна вологість найчастіше становить:

W_опт = W_p + (1…3%); (1)

де W_p – вологість грунту на кордоні пластичності (розкочування).

В окремих випадках, при вирішенні складних інженерних завдань, при поверхневому ущільненні можуть застосовуватися трамбовки масою більше 10 т.

При необхідності ущільнення грунту основи на глибину більше 3 м використовують глибинні способи ущільнення.

1.3. Глибинне ущільнення грунту

Для ущільнення пухких з е₀ > 0,75 піщаних відкладень використовується а) метод гідробівроуплотненія (рис 5).(рис 5).

З поверхні грунту в ущільнюваної підстава занурюється труба, на кінці якої розміщений гідровібратор. У трубу подається необхідна кількість води, до досягнення ущільнюються підставою оптимальної вологості. Труба разом з гідровібратором підвішується до стріли крана і під дією власної ваги занурюється в ущільнюваної основу. У ре-док процесу занурення і витягу гідровібратора грунт уп-лотняется в обсязі циліндра діаметром 1,5 ... 2 м і висотою до 10 м, і є підстави переходить в категорію середньої щільності.

У разі необхідності для досягнення підставою підвищеної щільності, даний метод може поєднуватися з поверхневим ущільненням.

б) метод ущільнення піщаними та грунтовими палями (рис. 6).

Порядок даного методу ущільнення підстави полягає в наступ-щем:

1. З поверхні ущільнюється підстави занурюється металева труба з розкривним наконечником (відбувається процес ущільнення підстави навколо занурюваної труби).

2. Після занурення труби на необхідну позначку, наконечник труби розкривається і труба витягується з одночасним заповненням піском з віброущільненням. У лесових грунтах заповнення труби здійснюється місцевим грунтом з необхідним зволоженням.

3. Після вилучення труби в ущільнюваної підставі утворюється пес-чаная (грунтова) паля, виконана із заданим ступенем щільності разом з навколишнім близько пальових простором.С поверхности грунта в уплотняемое основание погружается труба, на конце которой размещен гидровибратор. В трубу подается необходимое количество воды, до достижения уплотняемым основанием оптимальной влажности. Труба вместе с гидровибратором подвешивается к стреле крана и под действием собственного веса погружается в уплотняемое основание. В результате процесса погружения и извлечения гидровибратора грунт уплотняется в объеме цилиндра диаметром 1,5…2 м и высотой до 10 м, и основание переходит в категорию средней плотности.

Рис. 6. Метод глибинного ущільнення основи з використанням піщаних (грунтових) паль а) - занурення труби з розкривним наконечником; б) - заповнення труби піском з розкриттям наконечника; в) - витяг труби з формуванням в підставі піщаної палі з заданим ступенем щільності.

Рис. 7. Схема використання піщаних паль для ущільнення основи fсв – площа поперечного перерізу палі; Fупл.- площа ущільненого підстави.

Чим частіше зроблені палі, тим більший ступінь ущільнення отримує грунт підстави. Для уникнення випора грунту в котлован при ущільненні голови палі, котлован може розроблятися після ущільнення основи палями (рис. 7).

Необхідна кількість піщаних паль для ущільнення основи може бути визначено виходячи з наступної умови:

(2)

де е₀, е_упл. – відповідно, коефіцієнти пористості грунту основи до і після ущільнення, останній, також як і f_св - площа поперечного перерізу палі, задаються в процесі проектування; F_упл.=1,4в х 1,4l - площа ущільненого основи; в, l - відповідно ширина і довжина проектованого фундаменту.

Слід зазначити, що для зв'язкових водонасичених грунтів подібні палі можуть виготовлятися методом віброштампованія (пневмопробійників) і заповнюватися щебенево-піщаної сумішшю з додаванням цементу.

в) метод ущільнення додатком навантаження

Глибинний процес ущільнення основи відбувається і при додатку нии до нього ущільнюючої навантаження (у вигляді відсипаної насипу) (рис 8).

Рис. 8. Глибинне ущільнення грунту основи пригрузкой 1 - фільтруючі штучні дрени; 2 - зона ущільнення підстави.

Для глинистих грунтів подібний процес ущільнення основи відбувається досить повільно (теорія фільтраційної консолідації в механіці грунтів), що триває до декількох десятків років.

З метою скорочення термінів процесу ущільнення основи, використовуються штучні дрени, що сприяють прискореному процесу фільтраційної консолідації.

г) метод ущільнення пониженням рівня грунтових вод

Відомо, що грунт розташований нижче рівня грунтових вод (У.Г.В.) відчуває зважувальні дію води, яка проявляється у вигляді зниження величини питомої ваги грунту. При штучному водопій-Ніжені, грунт виявляється вище У.Г.В., що призводить до збільшення питомої ваги ного грунту і, як наслідок, до ущільнення підстави.

Слід враховувати і негативні наслідки цього явища, коли разом з ущільненням основи отримують додаткові опади і розташовані на даній території споруди.

д) метод ущільнення вибухами

Застосування даного методу ефективно при освоєнні нових (не забудованих) територій. Вибухами ущільнюються великі обсяги грунту, з використанням попередньо пробурених шпурів, в які поміщаються вибухові речовини (В.В.). Використання В.В. вимагає особливого підходу до вирішення поставлених інженерних задач і пов'язане з підвищеним ризиком в період проведення підривних робіт.

Метод ущільнення грунтових основ вибухами знаходить застосування в гідротехнічному будівництві.

е) метод ущільнення замочуванням

Даний метод має обмежене застосування і використовується лише для лесових основ (див. механіку грунтів). Попереднє замочування лесових підстав руйнує структуру лесу і викликає його просідання під дією власної ваги, тобто відбувається процес ущільнення.

Ущільнення грунтів основ на використовуваних або забудованих територіях часто важко, в цьому випадку вдаються до закріплення грунтів.

 

2. Закріплення грунтів основ

Закріплення грунтів основ засноване на проникненні різних реагентів в грунтове поровий простір і взаємодія їх з мінеральними частинками. Очевидно, що застосування того чи іншого методу закріплення грунтів буде залежати від пористості підстави, або від його коефіцієнта фільтрації.

В залежності від значень коефіцієнта фільтрації (Кф) грунтів підстав, можуть бути використані різні методи закріплення.

Для грунтів з коефіцієнтом фільтрації Кф> 100 м/добу (тріщиноваті скельні породи, гравелисті піски і т.п.) використовується цементація.

2.1. Цементація основ

Цементація - це нагнітання цементного розчину в пори грунту зазвичай з Кф> 100 м/добу, з метою його ущільнення і скріплення мінеральних часток (окремих блоків).

Для грунтів з Кф = 50 ... 100м/добу (середні і великі піски) рекомендується для підвищення активності цементу проводити його подрібнення до величини питомої поверхні в 6000 ... 8000 см²/г.

Для закріплення пісків з Кф = 30 ... 50 м/добу рекомендується для вище-ня активності цементу проводити його подрібнення до величини питомої поверхні в 8000 ... 10000 см²/г, із застосуванням добавки жирних глин.

Цементаційних розчин за допомогою перфорованого ін'єктора подається в грунт під тиском до 0,2 ... 0,4 МПа. Використовується як правило закріплює розчин, що має склад:

- Цемент + вода (1:5) («цементне молоко»);

- Цемент + вода + пісок (1:5:1).

Історично, вперше в 1922 ... 1923 рр.., Цементація була застосована в Росії при будівництві дамби «Волховстроя». З тих пір, даний метод закріплення підстав отримав розвиток і в сучасних умовах широко застосовується в основному при посиленні підстав реконструйованих споруд (рис.9).

Рис. 9. Принципова схема цементації (закріплення) основи під фундаментом, реконструюється споруди з використанням «манжетної» технології. 1 - ін'єктор: 2 - гідравлічний розрив, запов-ненний цементним розчином, 3 - закріплений масив підстави.

Використовуючи «манжетні» технологію при нагнітанні цементного розчину в закріплюється основу і надлишковий тиск до 0,4 ... 0,5 МПа, представляється можливим закріплювати дрібні і пилуваті піски, з утворенням «гідравлічних розривів» у грунті.

Дана методика отримує подальший розвиток у дослідженнях оте-кількісний вчених.

 

2.2. Силікатизація підстав

Силікатизація - це хімічне закріплення грунтів з К_ф = 2…80 м/добу при нагнітанні в основу розчину кремінної кислоти (рідкого скла) Na₂ O·nSiO₂. При розкладанні в грунті кремінна кислота переходить у стан гелю і пов'язує окремі мінерали. Для прискореного ренію даного хімічного процесу в грунт вводять каталізатор - хлор-Стий кальцій (Са Сl₂). Такий спосіб закріплення грунтів отримав назву двухрастворного (рис. 10).

Рис. 10. Принципова схема двухрастворной силікатизації підстав а) - нагнітання рідкого скла при зануренні ін'єктора; б) - нагнітання хлористого кальцію при витяганні ін'єктора.

Закріплений грунт підстави набуває міцність наступного по-рядка:

- Пісок - 1,5 ... 3,0 МПа;

- Супісок - 0,5 Мпа;

- Лес - 0,8 МПа.

Силікатизація знаходить широке застосування для закріплення пилуватих грунтів, задовольняючи вимогам підвищення міцності підстав при реконструкції споруд.

Для грунтів з К_ф = 0,2…5 м/добу (пилуваті піски, супіски) використовується однорастворном метод силікатизації. В цьому випадку ін'єкційний гелеутворюючий розчин складається з суміші рідкого скла і фосфорної кислоти (Na₂ O·nSiO₂ + H₃ PO₄). Однорастворном метод силікатизації додає міцність грунту порядку 0,3 ... 0,5 МПа. Однак, через відносно велику вартість H₃ PO₄, даний метод закріплення отримав обмежене застосування.

Необхідно зазначити, що для лесових (хімічно активних) грунтів, у складі яких містяться солі кальцію (CaSO₄), також використовується однорастворном метод силікатизації. В цьому випадку в закріплюється підставу нагнітається лише розчин кременевої кислоти (силікату натрію), який, взаємодіючи з солями кальцію, утворює водонерозчинних гель.

У лесових грунтах однорастворном метод силікатизації надає закріпленому грунту міцність до 2 МПа.

2.3. Електрохімічне закріплення

Для грунтів с К_ф<0,1м/добу (супіски, суглинки) застосовують електрохімічне закріплення. Електрохімічне закріплення засновано на явищі електроосмосу, яке ще в 1808 р. було відкрито професором Московського університету Ф. Ф. Рейсом. Суть цього явища полягає в тому, що при пропущенні постійного струму через глинистий грунт, останній втрачає зв'язну воду, яка отримує переміщення (міграцію) в сторону негативного електрода (катода).

При електрохімічному закріпленні до перфорованим трубах-електродів подається постійний струм із середнім напругою 70 ... 80 В (рис.4.11).