Способы преобразования строительных свойств грунтов

ИНЖЕНЕРНЫЕ МЕТОДЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ ОСНОВАНИЙ (ГРУНТОВ)

Общие положения

За последние годы наблюдается неуклонное увеличение объема строительства в сложных ИГУ. Все чаще для строительства используются площадки, сложенные слабыми грунтами – иглами, рыхлыми песками, заторфованными отложениями.

Особую проблему составляют т.н. региональные грунты, обладающие специфическими свойствами это:

— лессовые просадочные грунты;

Давайте краток рассмотрим их специфические свойства:

Особое место занимают насыпные грунты – это толщи разнородных отложений, сформировавшееся в результате техногенной деятельности человека, а также создаваемые целенаправленно отсыпкой или намывом. Насыпные грунты очень разнообразны и использовать их в качестве основания следует с очень большой осторожностью.

• Многие их этих (указанных) грунтов в природном состоянии имеют невысокую несущую способность и повышенную сжимаемость. Для других характерно существенное ухудшение механических свойств при определенных воздействиях (например, замачивание лессовых грунтов под нагрузкой, оттаивание мерзлых грунтов, рассоление засоленных грунтов и т.д.)

· Недооценка этих явлений может привести к значительным деформациям основания к его просадкам и даже к потере устойчивости основания.

Учет этих явлений подразумевает улучшение строительных свойств таких грунтов многочисленными способами направленного воздействия.

→ Меры преобразования строительных свойств основания можно разделить на три группы:

1. – Конструктивные методы, которые не улучшают свойства самих грунтов, а создают более благоприятные условия работы их как оснований за счет регулирования напряженного состояния и условий деформирования, когда их отрицательные свойства не могут проявиться;

2. – Уплотнение грунтов, осуществляется различными способами и направлено на уменьшение пористости грунтов, создание более плотной упаковки минеральных агрегатов;

3. – Закрепление грунтов, заключающееся в образовании прочных искусственных структурных связей между минеральными частицами.

• Выбор метода преобразования структурных свойств грунтов зависит от:

— типа грунта (его физических свойств);

— особенности будущего сооружения, т.е. интенсивности передаваемых им нагрузок;

— решаемых инженерных задач;

— технологических возможностей строительной организации.

* Специфические свойства региональных грунтов

1. Илы: образовались в результате выпадения в осадок мельчайших частиц породы. Илистые грунты всегда находятся в водонасыщенном состоянии

В таком грунте имеются (преобладают) водно-

2. Лессовый грунт: это тот же ил, но в высушенном состоянии (просадочные грунты). Рыхлая структура – теже структурные связи, но нет воды.

3. Вечномерзлый грунт, свойства этих грунтов существенно зависят от их температуры. При ее увеличении, т.е. оттаивании, также грунты дают (также как лесс) мгновенную просадку, а при промораживании наблюдается морозное пучение строительство на таких гуртах ведется специальными методами:

— либо сохранение весной мерзлоты;

— либо специального оттаивания и уплотнения

— либо применение специаьных схем зданий не боящихся осадок;

4. Заторфованные грунты – грунты, содержащие от 30 до 60 % органический веществ, эти грунты обладают малой прочностью, и большой а главное неравномерной сжимаемостью.

В погребенном торфе можно строить, но не в коем случае не дорывать до торфа (гниение) и проверяется несущая способность (подстилающий торфяной слой)

5. Набухающие глины – увеличивают свой объем при замачивании.

6. Засоленные грунты — при засолении резко снижают свою прочность и увеличивают сжимаемость (в местах где возникает постоянная фильтрация воды следует вымывание соли)

7. Озерно-ледниковые отложения (ленточные глины)

Исторический процесс их образования выглядит следующим образом: водный поток несет крупные частицы и они выпадают в осадок. Вода останавливается и выпадают мелкие частицы и т.д.

глинистые прослойки водонасыщенны за счет такой структуры (глинистых прослоек) они очень хорошо пропускают воду в горизонтальном направлении, а в вертикальном k_ф достаточно мал.

Если ленточные глины перемять, то они переходят в текуче- пластичное состояние, за счет освобождения воды из глинистых прослоек.

Источник

ИНЖЕНЕРНЫЕ МЕТОДЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ ОСНОВАНИЙ

1. общие положения

Уплотнение грунта

Закрепление грунта

Замена слабых грунтов

1.

В последнее время все чаще для строительства используются площадки со сложными слабыми грунтами.

К ним относятся:

Особое место занимают насыпные грунты.

Некоторые из указанных грунтов в природном состоянии имеют не высокую несущую способность и повышенную сжимаемость.

При замачивании водой некоторые грунты ухудшают свои свойства.

Недооценка этих явлений может привести к неравномерным осадкам или просадкам, а в худшем к потери устойчивости основания.

В практике строительства бывает экономически целесообразным не прорезать фундаментами значительную толщу слабых грунтов, а использовать их в качестве оснований предврительно повысив их несущую способность и уменьшив сжимаемость и просадочность.

В практике фундаметнтостроения используют следующие методы повышения несущей способности грунтов:

— замена слабых грунтов.

2.

Уплотнение грунтов представляет собой механическое сближение частиц грунта, в результате которого уменьшается его пористость и повышается несущая способность. Различают поверхностное уплотнение грунтов на глубину до 2,5 м и глубинное на глубину до 12 м и более.

Производиться укаткой, тромбованием, виброционными механизмами, подводными взрывами.

Этот метод используется при послойном возведении грунтовых подушек, планировки насыпей и земляных сооружений. Уплотнение укаткой производят самоходными прицепными катками. За 1 проход катка грунт уплотняется до 20 см; при многократном уплотнении до 60 см. этим способом уплотняют супеси, суглинки, глины.

Тромбование производят чугунными или жб тромбовками, массой до 3,5 т в форме усеченного конуса с диаметром в основании 1-2 м, которое с помощью крана сбрасывают с высоты 5-10 м. этим способом хорошо уплотняются насыпные, песчаные и сильно сжимаемые глинистые и песовидные грунты. С помощью тромбования грунт уплотняется до 2,5 м. Несущая способность грунта повышается на 30% за смену можно уплотнить от 100 до 150 м 2 площади основания.

Производиться с помощью свай песчаных, грунтовых и известковых. С их помощью грунт уплотняется в радиусе 2-х м на глубину 12 м. Уплотнение грунтовыми сваями производится в следующем порядке: скважины заполняют грунтом с последующим уплотнением за счет увеличения плотности грунта в сваях и межсвайном пространстве несущая способность связных грунтов повышается до 40%, а несвязных в 1,5-2 раза.

Уплотнение подводным взрывом

Суть метода заключается в использовании энергии взрыва, производимого в водной среде для разрушения структуры и уплотнении грунта. Водная среда, с одной стороны, обеспечивает более равномерное распределение уплотняющего взрывного воздействия по поверхности грунта с другой стороны гасит энергию взрыва.

Закрепление грунта заключается в усилении связей между частицами грунта, т.е. в искусственном преобразовании строительных свойств грунта. В процессе закрепления между частицами грунта возникают прочные структурные связи за счет инъекцирования в грунт и последующего твердения определенных реагентов.

Этот метод применяют для уплотнения насыпных грунтов, галичных отложений, средних и крупнозернистых песков. Цементация заключается в поры грунта цементного раствора по предварительно заглубленным трубкам – инъекторам диаметром 33 – 60 мм под давлением.

Применяется для химического закрепления песков, макропористых просадочных грунтов и отдельных видов насыпных грунтов. Сущность метода заключается в том, что в грунт нагнетается силикат натрия в виде раствора,. В котором заполняется пространство между частицами и при наличии отвердителя образуется гель, твердеющий с течением времени. Через 10 суток прочность закрепленного грунта составляет 70-80%.

Метод закрепления грунтов смолами получил название смолизация. Его сущность заключается в введении в грунт высокомолекулярных органических соединений типа карбонатных, фенолформльдегидных и других синтетиеских смол в смеси с твердителем. Через определенное время в результате взаимодействия с отвердителями смолы полимиризуются. Обычное время гелеобразования 1,5-2 часа, а время упрочнения – до 2-х суток. Смолизация рекомендуется для закрепления как сухих, так и водонасыщеных песков. Прочность на сжатие закрепленного карбонидной смолой песка колеблется в пределах 1-5 МПа и зависит в основном от концентрации смолы в растворе.

Битумизацию применяют в основном для уменьшения водопроницаемости трещиноватых скальных пород. Метод сводится к нагнетанию через скважины в трещиноватый массив расплавленного битума или специальных битумных эмульсий. При этом происходит заполнение трещин и пустот и массив становиться практически водонепроницаемым.

Под воздействием постоянного электрического тока в грунте происходит движение воды к отрицательному электроду и перемещение коллоидальных взвешенных в воде частиц грунта. Кроме того, происходят сложные химические процессы, приводящие к образованию кристаллизационных связей. После прекращения электрозакрепления, спустя год, прочность грунта повышается в 2 раза. Этот способ используется для закрепления мелкопористых грунтов – супесей и суглинков.

Этот метод используют для упрочнения маловлажных пылевато глинистых грунтов, обладающих газопроницаемостью. Часто этот метод используют для устранения просадочных свойств макропористых и лессовидных грунтов, глубина закрепления толщи грунта достигает 20 м. сущность метода заключается в том, что через грунт в течении нескольких суток пропускают раскаленный воздух или газы. Под действием высокой температуры отдельные минералы оплавляются. В результате этого образуется прочные водостойкие структурные связи между частицами грунта. Кроме того, при обжиге грунта, он теряет значительную часть связанной воды, что изменяет свойства грунта и уменьшает или полностью ликвидирует просадочность, размокаемость и способность к набуханию. Температура воздуха 750 – 850 градусов Цельсия. Можно термическим способом закреплять грунт сжиганием солярки, нефти или газа непосредственно в скважине.

Этот метод применяют в основном для закрепления водонасыщенных пылевато глинистых грунтов. 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. При этом прочность грунтов существенно возрастает и способность к набуханию резко снижается.

4.

В ряде случаев экономически целесообразно не заглублять фундамент через большую толщу слабых грунтов и не закреплять их, а удалить их, а на их место уложить подушку из песка, гравия, камня и т.д. Если толщина слоя слабого грунта 1,5 – 2 м, то подушку следует уложить непосредственно на слой более прочного грунта. Если слабый грунт распространяется на значительную глубину, то размеры подушки назначают из условия уменьшения под ней давления грунта до величины ≤ R. Толщину и ширину подушки по низу назначают исходя из распределения давления от зданий или сооружения под углом а к вертикали от 20 до 40 градусов Цельсия. Подушки целесообразно применять для одиночных фундаментов или ленточных шириной до 1,5 м. В глинистых, суглинистых и песчаных грунтах.

Источник

Классификация методов преобразования строительных свойств грунтов

Все чаще для строительства используются площадки, сложенные слабыми грунтами-илами, рыхлыми песками, заторфованными отложениями. Эти грунты в природном состоянии имеют невысокую несущую способность и повышенную сжимаемость. Особую проблему представляют: вечномерзлые грунты, лессовые просадочные грунты, набухающие, засоленные грунты, озерно-ледниковые отложения. Для них характерно существенное ухудшение механических св-в при определенных воздействиях. Недооценка этих явлений может привести к большим, часто неравномерным осадкам и просадкам, а в худшем случае — к потере устойчивости оснований. Многочисленные способы преобразования строительных свойств оснований позволяют увеличить несущую способность оснований, уменьшить их деформируемость и в отдельных случаях водопроницаемость. Часто за счет этих мероприятий удается отказаться от применения сложных и дорогостоящих конструкций фундаментов и сооружений.

Методы преобразования строительных свойств оснований можно разделить на три группы: 1.конструктивные методы, которые улучшают свойства самих грунтов; улучшения работы грунтов в основании – устр-во грунтовых подушек, применение шпунтового ог­раждения, создание боковых пригрузок, армирование грунта.

2.уплотнение грунтов, направленное на уменьшение пористости грунтов; прим-ют сл-щие методы: поверхност­ное уплотнение, глубинное вибро-уплотнение, использование камуфлетных взрывов, устр-во грунтовых и песчаных свай, уплотнение ста-тической нагрузкой с помощью вертикальных дрен и уплотнение водопонижением, в том числе с использованием электро­осмоса.

3. закрепление грунтов, заключающееся в образовании прочных искусственных структурных связей между минеральными частицами. це­ментация, химические и электрохимические способы, смолизация, тер­мический метод, битумизация и глинизация. После закрепления грунты иногда превращаются в сравнительно прочную полускальную породу. Основания с измененными свойствами называют искусственными или искусственно улучшенными. Выбор методов преобразования строительных свойств оснований зависит от характера напластований, типов грунтов и их физико-механических свойств, особенностей сооружений и интенсивности передаваемых ими нагрузок, решаемых инженерных задач и т.д.

22.Конструктивные методы улучшения условий работы грунтов: грунтовые
подушки, шпунтовые ограждения, армирование грунтов, боковые пригрузки.
Технологии устройства и основы расчета.

Если в основании залегают слабые грунты, обладающие низкой несущей способностью и повышенной сжимаемостью, то их использование в качестве естественных оснований оказывается невозможным. В этом случае экономичной может оказаться замена слабого грунта другим, обладающим достаточно высоким сопротивление сдвигу и имеющим малую сжимаемость, который образует грунтовую подушку. В качестве материала грунтовых подушек обычно используют крупнообломочные грунты (гравий, щебень),крупные и среднезернистые пески, шлак и т.д. Порядок проектирования сводится к следующему. Задавшись расчетными значениями физико-механических характеристик материала подушки, определяют ориентировочные размеры фундамента в плане. Далее устанавливают такую толщину подушки, чтобы выполнилось условие: p_z≤R_z, где p_z – сумма давлений, передаваемых на подстилающий слой слабого грунта от фундамента и веса грунтовой подушки: p_z=γ_пz+αp₀, γ_п и z – удельный вес и толщина грунтовой подушки, p₀-дополнительное давление под подошвой фундамента; R_z-расчетное сопротивление грунта, слагающего слабый подстилающий слой. Далее производится расчет деформаций основания. Совместная деформация грунтов подушки и подстилающего грунта не должна превышать предельно допустимой велечины s≤s_u . Ширина подушки понизу b_z зависит от угла β (угол распределения напряжений). Для песка β=30..35 0 , для гравия 40..45. Таким образом b_z=b+2ztgβ. Грунтовые подушки необходимо возводить таким образом, чтобы добиться максимальной плотности укладки грунта.

Шпунтовые конструкции. Шпунт погружают в толщу слабых грунтов в относительно плотный грунт. Фундаментная конструкция устраивается на песчаной подготовке и сопрягается со шпунтовым ограждением.

Армирование грунта заключается в во введение в грунт специальных армирующих элементов (лент или сплошных матов).

Боковые пригрузки. При возведении ограждающих дамб и других земляных сооружений на слабых грунтах устойчивость откосов сооружений и их оснований может быть повышена устройством пригрузок основания и низовой части откосов, выполняемых, из крупнообломочных или песчаных грунтов.

Источник