71. Поверхностное и глубинное уплотнение грунтов оснований.

 

Методы уплотнения грунтов подразделяются на поверхностные, когда уплотняющие воздействия прикладываются на поверхности и приводят к уплотнению сравнительно небольшой толщи грунтов, и глубинные при передаче уплотняющих воздействий на значительные по глубине участки грунтового массива.

Поверхностное уплотнение производится укаткой, трамбованием, вибрационными механизмами, подводными взрывами, методом вытрамбовывания котлованов. К методам глубинного уплотнения относятся устройство песчаных, грунтовых и известковых свай, глубинное виброуплотнение, уплотнение статической пригрузкой в сочетании с утсройством вертикального дренажа, водопонижение.

При любом режиме уплотнения повышение степени плотности грунта происходит только до определённого предела, зависящего от вида и физического состояния грунта, а также характера уплотняющего воздействия. Уплотнение до указанного предела называется уплотнением до отказа.

Уплотнение укаткой производится катками на пневмоходу, гружёнными скреперами, автомашинами, тракторами.

Уплотнение трамбовкой производится свободным сбрасыванием с помощью крана-экскаватора  с высота 5-10 метров трамбовок диаметром 1.2-3.5 м и весом 25-150 кН

Суть метода уплотнения подводными взрывами заключается в использовании энергии взрыва, производимого в водной среде, для разрушения структуры и уплотнения грунтов.

Вытрамбовывание грунта заключается в образовании в грунтовом массиве полости путём сбрасывания в одно и то же место трамбовки, имеющей форму будущего фундамента, затем полость заполняется бетонной смесью.

Устройство песчаных свай – опускают трубу с заострённым наконечником, засыпают песком, включают вибратор и трубу достают.

Устройство грунтовых свай – делают полость, в которую потом засыпают местный грунт с послойным уплонением.

Глубинной виброуплотнение – в грунт помещают вибратор – вибробулава, либо стрежень, с прикреплённым к нему вибратором. При вибрации сыпучие грунты, у которых отсутствует сцепление между частицами, приходят в движение и под действием сил инерции вибрации и тяжести происходит смещение частиц.

Статическая нагрузка создаётся отсыпкой на уплотняемой территории насыпи из местных материалов.

При уплотнении грунта водопонижением используют иглофильтровые установки и эжекторные иглофильтры.

 

72.    Закрепление грунтов.

 

Закрепление грунтов заключается в искусственном преобразовании строительных свойств грунтов в условиях их естественного залегания разнообразными физико-химическими методами. В процессе закрепления между частицами грунта возникают прочные структурные связи за счёт инъецирования в грунт и последующего твердения определённых рагентов. Это обеспечивает увеличение прочности грунтов, снижение их сжимаемости, уменьшение водопроницаемости и чувствительности к изменению внешней среды, особенно влажности

Цементация грунта – этот метод применяют для упрочнения насыпных грунтов, галечниковых отложений, средних и крупнозернистых песков. Для цементации применяют забивные инъеторы или инъеторы-тампоны, опускаемые в пробуренные скважины. Инъеторы – трубы d 25-100 мм. По ней в грунт подают цементный раствор, который закрепляет его.

Силикатизация грунтов – применяют для химического закрепления песков с кэфом фильтрации от 0.5 до 80 м/сут., макропористых просадочных грунтов с кэфом фитр-ии 0.2-20 м/сут и отдельных видов насыпных грунтов. В грунты нагнетается силикат натрия (жидкое стекло), которое после твердеет. Двухрастворный способ – силикат натрия и хлорид кальция.

Смолизация – метод закрепления грунтов смолами. Заключается во введении в грунт высокомолекулярных органических соединений типа карбамидных, фенолформальдегидных и других синтетических смол в смеси с отвердителями – кислотами, кислыми солями.  Рекомендуется для закрепления сухих и водонасыщенных песков с кэфом фильтрации 0.5-25 м/сут.

Глинизацию применяют для уменьшения водопроницаемости песков. Технология глинизации заключается в нагнетании через инъекторы, погружённые в песчаный грунт, водной суспензии бентонитовой глины с содержанием монтмориллонита не менее 60%.

Битумизацию применяют для уменьшения водопроницаемости трещиноватых скальных пород. Расплавленный битум или специальные битумные эмульсии нагнетаются через скважины в трещиноватый массив.

Электрохимичекое закрепление грунтов применяют для закрепления водонасыщенных пылевато-глинистых грунтов в сочетании с электроосмосом. Через аноды в грунт подают водные растворы солей многовалентных металлов, которые, соединяясь с глинистым грунтом, коагулируют глинистые частицы. Создаются глинистые агрегаты, сцементированные между собой гелями солей железа и алюминия.

Термическое закрепление грунтов применяют для упрочнения маловлажных пылевато-глинистых грунтов, обладающих газопроницаемостью. Через грунт в течение нескольких суток пропускают раскалённый воздух или раскалённые газы, вследствие чего отдельные минералы оплавляются, образуя прочные водостойкие структурные связи.

 

73.    Обеспечение устойчивости стенок котлованов.

 

При большой глубине котлованов, а также при наличии подземных вод их стенки выполняются с различными креплениями. Конструкции креплений котлованов выбирают в зависимости от их глубины, свойств грунтов, уровня подземных вод и сроков эксплуатации конструкции.

В сухих и маловлажных грунтах при глубине котлована до 4 м используют закладные крепление, которое состоит из стоек, распорок и горизонтальных досок. Более удобное закладное крепление состоит из предварительно забитых в грунт двутавровых стальных балок, за полки которых постепенно закладывают доски. Когда невозможно использовать распорки, применяют анкерные и подкосные крепления.

Для устройства анкерных креплений вдоль стенки котлована забивают наклонные свайки, которые соединяют анкерными тягами из проволоки или двух досок со стойками крепления. В подкосном направлении стенки удерживаются подкосами, передающими сдвигающее усилие на упор, забиваемый у их основания.

Для глубоких котлованов с вертикальными стенками, а также при наличии подземных вод, имеющих уровень выше дна котлована, применяют шпунтовые ограждения. Они состоят из отдельных шпунтин и погружаются в грунт до разработки котлована. Бывают деревянные, стальные и ж.б. Металлический шпунт – прокатные плоские, корытные и z-образные профили. Погружается паровоздушными или дизельными молотами и вибропогружателями.

Наряду со шпунтовым ограждением крепление стен глубоких котлованов может быть решено в виде сплошного ряда жб забивных или бурозабивных свай.

Шпунтовые стенки могут быть консольными, с распорным или анкерным креплением.

Рассчитываются они по первой группе предельных состояний, при необходимости проверяют общую устойчивость стенки, т.е. вместе с массивом грунта на сдвиг вдоль поверхности, расположенной вне пределов системы «шпунт-анкерное устройство».

 

74.       Защита котлованов от подтопления подземными водами.

 

Защита котлованов от подтопления подземными водами осуществляется с помощью водопонижения, устройства противофильтрационных завес или комбинации этих методов. Водопонижение осуществляется с помощью открытого водоотлива или глубинного водопонижения. Для устройства противофильтрационных завес прибегают к естественному или искусственному замораживанию или битумизации грунта вокруг котлована. Противофильтрационной завесой может служить шпунт, забитый до водоупора.  Все способы защиты должно не нарушать природных свойств грунтов основания, обеспечивать устойчивость откосов выработки и сохранность расположенных вблизи сооружений.

Наиболее простым способом является открытый водоотлив, при котором воду откачивают насосами непосредственно из котлована. Для организации открытого водоотлива на дне котлована устраивают систему водосборных канавок глубиной 0.3-0.6 м, по которым воду отводят в приямки (зумпфы) глубиной 0.5-0.7 м,  откуда она периодически откачивается насосом. Мощность насоса наиболее точно устанавливается пробной откачкой при гидрогеологических изысканиях. Но на практике этот способ применяют при вскрытии котлованов только в скальных, обломочных и гравийно-галечных грунтах.

В случае мелкозернистых грунтов применяют глубинный водоотлив. Он заключается в искусственном понижении уровня подземных вод в районе котлована. Чаще всего применяются иглофильтры – стальные трубы диаметром 38-50 мм, собранные из отдельных звеньев. Нижнее звено оборудовано фильтрующим устройством, которое позволяет не нарушать структуры грунта. Отдельные иглофильтры соединены с коллектором из труб 100-200 мм гибкими шлангами. Коллектор соединён с насосными установками.

При осуществлении водопонижения в грунтах, имеющих кэф фильтрации меньше 0.1 м/сут, ипользуют специальные методы – вакуумирование и электроосушение.

При вакуумировании в скважинах и на поверхности фильтров создаётся непрерывно поддерживающийся  вакуум. Позволяет понижать воду до 20 м.

Способ электроосушения основан на свойстве передвижения воды в глинистых грунтах под действием тока – электроосмос. В грунт забивают стрежни или трубы-аноды и иглофильтры-катоды. При включении тока вода движется к катодам и откачивается насосами.

При защите котлованов замораживанием используется свойство влажных грунтов переходить в твёрдое состояние при замерзании. При естественном замораживании котлован вскрывают до уровня подземных вод до наступления морозов. После дают промёрзнуть на 20-30 см, и снимают верхний слой. И так до тех пор, пока не достигнут проектной отметки.

Искусственное замораживание заключается в создании по периметру котлована стенки из мёрзлого грунта, заглубленной на 2-3 м в водоупор. Грунт замораживают, погружая в него трубы с охлаждённой жидкостью с шагом 0.9-1.5 м.

Также применяется битумизация, цементизация и смолизация.

 

 

75.    Защита подвальных помещений и фундаментов от подземных вод и сырости.

 

Выработанные  способы защиты конструкций  и подземных помещений от вредного воздействия подземных вод и сырости можно разделить на три основные группы: борьба с проникновением атмосферных осадков в грунт путём отвода дождевых и талых вод с площадки; устройство дренажей для его осушения; применение различных видов ГИ.

Отвод дождевых и талых вод с площадки производится для защиты грунтов от переувлажнения. Для организации отвода осуществляется вертикальная планировка территории застройки, заключающаяся в придании местности определённых уклонов. Устраивается система водоотливных канав, а на застроенной местности устраивают закрытые лотки и ливневую канализацию. С этой же целью вдоль наружных стен зданий  устраивают отмостку с уклоном в сторону от сооружения.

Дренаж – системк дрен и фильтров, предназначенная для перехвата, сбора и отвода от сооружения подземных вод. Дальше вода самотёком поступают к водоотводящим коллекторам или водосборникам насосных станций. Траншейные дренажи (открытые канавы и траншеи) применяют для осушения территорий, предназначенных под застройку. Закрытый беструбный дренаж представляет  собой траншею, заполненную фильтрующим материалом (гравий, щебень) от дна до уровня подземных вод. Трубчатый дренаж наиболее распространён и представляет собой дырчатую трубу с обсыпкой песчано-гравийной смесью или с фильтровым покрытием из волокнистого материала. Дренажные галереи применяют в наиболее ответственных случаях, для особо надёжной долговременной эксплуатации. Там устраивают бетонный лоток или водоотводную канавку, высоту галереи принимают не менее 1.3 м, а уклон в сторону выпуска не менее 0.003. Пластовый дренаж  - слой фильтрующего материала, уложенный под всем сооружением. Вода отводится трубчатыми дренами. Пристенный дренаж – вертикальный слой из проницаемого материала, устраивается с наружной стороны фундамента и заглубляется ниже его подошвы.

ГИ предназначается для обеспечения водонепроницаемости сооружений (антифильтрационная ГИ), а также защиты от коррозии и разрушения материалов фундаментов и подземных конструкций при физической или химической агрессивности подземных вод (акнтикор ГИ). Наиболее распространенные средства – жирный цементный раствор, рулонная изоляция – гидроизол, стеклорубероид, металлаизол, толь -, обмазка битумом.

 

76.    Причины, вызывающие необходимость укрепления оснований и усиления фундаментов.

 

Конструктивные ошибки:

наличие в основании насыпных грунтов, способных с течением времени  значительно уплотняться и способствующих развитию сверхнормативных деформаций. Насыпные грунты менее стойки к воздействию хозяйственных вод из неисправных систем канализации и теплотрасс;

несоблюдение установленной глубины заложения фундаментов исходя из условий надежной работы оснований, исключающей возможности промерзания пучинистых грунтов под его подошвой.

 

Неудовлетворительная эксплуатация:

вымывание, унос и разжижение при неисправности подземных систем водоснабжения, канализации, теплотрасс;

систематическое замачивание грунтов и фундаментов из-за неудовлетворительного  состояния отмостки, тротуаров по периметру здания, а также неисправного состояния водосточных труб.

 

Производственные ошибки:

нарушение структуры грунтов под фундаментами при заблаговременном производстве подземных работ, в результате грунты подвержены метеорологическим воздействиям, возникающим  вследствие промерзания и оттаивания, набухания и размягчения. Особенно чувствительны к таким воздействиям глинистые грунты, существенно изменяющие свой объем. Набухание и размягчение приводит к развитию неравномерных осадок;

нарушение структуры грунтов под динамическим воздействием. К динамическим воздействиям очень чувствительны водонасыщенные пылеватые грунты. Для сохранения естественной структуры данных грунтов не рекомендуется  вблизи здания выполнять работы механизмов с динамическим воздействием;

выполнение ремонтно-строительных работ с нарушением  технологии  - пробивка проемов в фундаментах без предварительной установки разгружающих перемычек и прогонов, откопка котлованов около ранее возведенных фундаментов на глубину, превышающую проектную, некачественная ее обратная засыпка, затопление котлована производственными или хозяйственными водами;

засыпка пазух котлованов водонепроницаемыми грунтами.

 

Ошибки проектирования:

 расположение вновь проецируемых фундаментов под столбы и колонны в непосредственной близости от существующих фундаментов наружных или внутренних стен без устройства дополнительных  конструктивных мероприятий, направленных на предохранение грунтов под подошвой  существующих фундаментов от воздействия дополнительного давления вновь проектируемых фундаментов.

устройство проектируемых фундаментов, непосредственно примыкающих к существующим, с глубиной заложения ниже их подошвы;

увеличение высоты подвальных помещений за счет выемки грунта, что значительно приводит к сокращению глубины заложения фундаментов, которая должна быт не менее 50 см от отметки подготовки под полы подвала;

перераспределение нагрузок на фундаменты без учета из действительной несущей способности;

устройство пристроек или увеличение этажности здания без достаточных данных о грунтах основания;

изменение физико-механических свойств  грунтов при подъеме или понижении уровня грунтовых вод и гидрогеологических  условий при благоустройстве территории в данном районе, отводе подземных вод в систему коллектора.

 

77.    Способы укрепления оснований.

 

Основные способы: цементация, силикатизация, электросиликатизация, электрохимическое закрепление, смолизация, термический. Однако при их использовании в целях укрепления оснований существующих зданий возникают доп. трудности, например давление давление цементации должно быть ограничено величинами, безопасными для состояния фундаментов и конструкций зданий.

Цементацию применяют для заполнения пустот и каверн в закарстованных основаниях. Она способствует устранению фильтрационной неоднородности, снижению водопроницаемости и предотвращению развития суффозионных процессов в основании. В крупнообломочных и песчаных грунтах цементация применяется для создания водонепроницамых завес.

Силикатизацию используют для местного укрепления грунта под отдельными опорами. Иногда применяют сплошную силикатизацию слабых грунтов или передают нагрузку от фундаментов на подушку из закреплённого грунта.

Смолизация не нашла массового применения и обычно используется для особо важных зданий и сооружений.

 

 

78.    Способы усиления фундаментов.

 

Укрепление кладки фундамента, уширение, устройство промежуточных промежуточных и выносных опор, постановка фундамента на сваи.

При недостаточной несущей способности основания увеличивают площадь фундаментов. Уширение выполняют двумя способами: без обжатия грунтов основания и с предварительным Обжатием.

 

В первом случае уширение производится с помощью дополнительных частей (банкетов), которые могут быть односторонними (при внецентренной нагрузке) или двусторонними (при центральной). Фундаменты под колонны чаще всего усиливают по всему периметру. Банкеты и существующие фундаменты должны быть жестко соединены, для чего используют штрабы (рис. 14.4, а) либо специальные металлические и железобетонные балки (рис. 14.4, б, в).

 

Ширина банкета в нижней части должна быть не менее 30 см, в верхней—20 см.

 

При необходимости ряд одиночных фундаментов может быть превращен в ленточный, а несколько ленточных фундаментов — в сплошную железобетонную плиту. Иногда уширение ленточных и отдельных фундаментов выполняют с применением арматуры, располагаемой в банкетах (рис. 14.5, а, б).

 

При уширении без обжатия (рис. 14.4 и 14.5, а) уширенная часть фундамента вступает в работу только после значительного увеличения внешней нагрузки, когда появятся дополнительные осадки, причем уширения воспримут только часть дополнительной нагрузки, значительная же ее часть будет по-прежнему передаваться через подошву старого фундамента, что вполне допустимо, поскольку выпор грунта из-под старой подошвы затруднен вследствие при-грузки основания уширениями фундамента (рис. 14.5, а).

Рис. 14.4. Уширение ленточных фундаментов монолитными банкетами: а — одностороннее уширение; б, в — двустороннее ушврение соответственно при большом и незначительном увеличении размера подошвы фундамента; 1 — упорный уголок; 2 — подкос; 3 — рабочая балка; 4 — щебеночная подготовка; 5 — анкер; б — распределительная балка; 7 — зачеканка литым бетдам

                                       

 

В случае необходимости значительного увеличения площади фундаментов может быть предложен другой метод, сущность которого заключается в укладке на щебеночную подготовку дополнительных железобетонных плит (рис. 14.8). Плиты располагают в виде двух (или более) лент, уложенных в продольном направлении, перпендикулярном существующим поперечным стенам. На каждой ленте дополнительного фундамента устанавливают опалубку и арматуру нажимных рам, которые состоят из нижних горизонтальных ригелей сечением 40 ж 60 см, лежащих на новых фундаментах, и наклонных стоек упоров такого же сечения. Рамы передают усилия на пояса-обвязки поперечных стен, по которым ведется кладка кирпичных стен надземных стен здания. Для образования замкнутого контура нажимных рам над ними, в плоскости перекрытия над техническим подпольем, устраивают монолитные участки железобетона в виде полос шириной 60 см, высотой, равной высоте сборных плит перекрытия.

 

К увеличению глубины заложения фундаментов прибегают реже из-за значительной трудоемкости. Однако этот способ применяют в случае необходимости увеличения глубины подвала, переноса подошвы фундамента на более плотные нижележащие слои грунта и т. д.

Рис. 14.8. Увеличение опорной площади фундаментов: 1 — распределительная монолитная обвязка по периметру стен; 2 — монолитные участки перекрытий; 3 — нажимная рамная конструкция из монолитного железобетона; 4 — дополнительный фундамент из сборных плит; 5 — основной фундамент из сборных плит.

Повышение прочности конструкций фундаментов достигается с помощью устройства железобетонных или металлических (с последующим обетонированием) обойм (рис. 14.13, а) или инъецированием в кладку фундамента цементного раствора (рис. 14.13, б). Иногда оба способа используются одновременно.

При необходимости передачи увеличивающихся на фундамент значительных нагрузок на нижние более прочные слои основания используют подводку свай. Это очень трудоёмкий процесс. Чаще всего применяют набивные сваи, т.к. забивные нельзя.