Портал о строительстве и ремонтных работах

К ним относятся следующие группы технологий: физико­химическая, химическая и термическая.

К физико-химическим способам закрепления грунтов, используемых при повышении прочности оснований, можно отнести: цементацию, упрочнение грунта негашеной известью и другие методы.

Цементация грунта заключается в том, что частицы грунта скрепляются цементным раствором, который нагнетается через инъектор или скважину в поры грунта. Таким образом, пористый грунт может быть превращен в сплошной монолит или отдельные столбы из цементированных грунтов (рис. 3.4).

Цементацию применяют для закрепления трещиноватых скальных пород, гравелистых и песчаных грунтов с коэффициентом фильтрации 50- 200 м/сут.

is

Для нагнетания в грунт используют цементные растворы на портландцементе марки М500. При наличии крупных пустот применяют цементно-песчаные растворы. Состав цементных растворов принимают в іависимости от удельного водопоглощения грунта.

Инъекционные скважины бурят станками ударно-канатного и ударно-вращагельного бурения. При цементации песчаных грунтов на глубину до 5 м применяют инъекторы, погружаемые в грунт с помощью отбойного молотка (рис. 3.5, а).

Рис. 3.5. Цементация оснований: а — погружение инъектора; б — нагнетание раствора; в — последовательность нагнетания раствора при устройстве противофильтрационной завесы; г — схема цементации нисходящими зонами; д — схема цементации восходящими зона­ми; 1 — отбойный молоток; 2 — оголовок; 3 труба-удлинитель; 4 — перфори­рованная часть с острием; 5 — труба-кожух; 6 — домкраты; 7 — растворопровод; 8 — зона цементации; 9 -1, II и III скважины 1-й, 2-й и 3-й очереди; 1-я, 2-я и 3-я — зоны цементации по высоте

Инъекторы состоят из наконечника, штанги и наголовника. Наконечник представляет собой заостренную трубу с отверстиями по ее поверхности. Штанга состоит из цельнотянутых толстостенных труб диаметром 25-74 мм, разделенных на звенья длиной 1-1,5 м. Звенья нара­щиваются по мере погружения труб в грунт. Наголовник состоит из муфты-стакана, навинчиваемого на последнее звено штанги и воспринимающего удары при погружении инъектора в грунт.

Для нагнетания используют циркуляционные инъекторы, состоящие из двух труб: внутренней и наружной. По внутренней трубе подается раствор, по наружной удаляется избыток его в бак или растворосмеситель.

Циркуляционный инъектор устанавливают в заранее пробуренную скважину. Между стенкой скважины и инъектором укладывают резиновую прокладку, предотвращающую вынос раствора наружу.

Для инъецирования раствором применяют грязевые двухцилинд­ровые насосы производительностью 16-18 м3/ч, развивающие давление

3- 6,3 МПа (Гр-216/40, НГр-250/50, 11Гр); буровые трехплунжерные насосы (9МГр, НБЗ-120/40, НБ4-320/63) производительностью 7-60 м5/ч, разви­вающие давление 4-10 МПа; диафрагменный насос С-317А произво­дительностью 6 м3/ч, развивающий максимальное давление 1,5 МПа.

Скважины бурятся и инъецируются последовательным сближением — очередями. В 1-й очереди расстояние между скважинами принимается в пределах 6-12 м, а при каждой следующей очереди расстояние между скважинами сокращается в 2 раза (рис. 3.5, б). Работы по цементации осно­ваний выполняют следующими способами: на полную глубину,

нисходящими зонами и восходящими зонами.

Нагнетание раствора в пустоты грунта продолжается непрерывно до заполнения цементируемых пустот и появления отказа в поглощении раствора. За отказ принимается снижение расхода раствора до 5-10 л/мин при избыточном давлении раствора у устья скважины 0,1-0,5 МПа.

Наиболее распространенными способами химического закрепления оснований являются: силикатизация, электросиликатизация, газовая

силикатизация, смолизация.

Основным материалом для силикатизации является жидкое стекло, т. е. коллоидный раствор силиката натрия (Na2OnSi02+«iH20). Жидкое стекло характеризуется следующими данными: плотность 1,33-1,35 г/см3, вязкость при 20°С 40-50 мПа-с, с водой смешивается быстро и в любых соотношениях. В результате разбавления вязкость жидкого стекла сильно снижается, а проницаемость — возрастает.

В зависимости от физико-механического состояния грунтов приме­няется одно — и двухрастворная силикатизация грунтов.

Однорастворный способ силикатизации применяется для закрепления песчаных грунтов с коэффициентом фильтрации 0,5-5 м/сут. Заключается способ в том, что в грунт через инъекторы вводят силиказоль в виде слабовязкой жидкости (2-4 МПа-с) и с замедленным временем гелеобразования. Вода, заполняющая поры грунта, вытесняется и замещается золем, который по истечении определенного времени превращается в гель. Гель закупоривает поры грунта, в результате чего грунт становится водонепроницаемым и приобретает механическую прочность 0,2-1,0 МПа и более.

Двухрастворный способ силикатизации применяется для закрепления песчаных грунтов с коэффициентом фильтрации 5-80 м/сут и заключается в поочередном нагнетании в грунт двух растворов: силиката натрия (крепитель) с плотностью 1,35-1,44 г/см3 и хлористого кальция (отвердитель) с плотностью 1,26-1,28 г/см3.

В результате химической реакции между этими растворами образуется гель кремниевой кислоты, придающий грунту в короткие сроки высокую прочность (до 2-6 МПа) и водонепроницаемость.

Смолизация грунтов представляет собой закрепление песчаных и лессовых грунтов синтетическими смолами.

Водный раствор смолы 22-25%-й концентрации с добавкой в него 3-5%-го раствора соляной кислоты нагнетается под давлением 0,3-0,5 МПа в грунт, который закрепляется в результате образования геля.

Смолизация грунтов применяется для закрепления сухих и водонасыщенных песков с коэффициентом фильтрации 0,5-50 м/сут. Его применение обеспечивает высокую (до 3,5 МПа) прочность закрепленного песка на осевое сжатие.

Смолизация применяется для закрепления лессовых грунтов с коэффициентом фильтрации 0,1-2 м/сут.

Режим нагнетания закрепляющих реагентов (удельные расходы, давления, последовательность нагнетания в плане и по глубине) назначают в зависимости от водопроницаемости грунтов, инженерно-геологических условий участка и характера решаемой задачи.

Схемы зон закрепления в плане бывают: ленточные, сплошные, прерывистые, столбчатые, кольцевые, фигурные (рис. 3.6).

Для предотвращения выхода раствора на поверхность оставляют защитный слой грунта толщиной не менее 1,0 м.

Термическое закрепление грунтов применяют для ликвидации просадочных и пучинистых свойств оснований укрепления откосов насыпей и выемок и устройства фундаментов из обожженного грунта, используя различные виды топлива: природный газ, соляровое масло или твердое топливо.

Основными составными частями нагревательной установки являются генератор сжатого воздуха и форсунка. В качестве генератора сжатого воздуха при больших объемах работ используют воздуходувки произво­дительностью 26 м3/мин, а при небольших объемах работ — компрессоры типа РК производительностью 9 м3/мин с рабочим давлением 0,15 МПа.

Рис. 3.6. Схема закрепления оснований: а — ленточная; б — сплошная; в — прерывистая (столбчатая); г — кольцевая

Обжиг скважин начинается с разогрева ее верхнего участка, что необходимо для создания фронта воспламенения топлива. После этого постепенно увеличивается расход газа и воздуха до расчётных значений, создавая рабочий режим: давление 0,01-0,03 МПа, температуру 800- 1000°С.

ПОС по термическому укреплению оснований должен содержать следующие материалы:

— технологические карты и схемы;

— график производства работ;

— расчет технологических параметров обжига;

— проект временного газопровода и временной электросети;

— методику контроля качества термической обработки грунтов;

— мероприятия по технике безопасности.

У лессовых просадочных грунтов, подвергнутых термическому воздействию, полностью ликвидируются просадочные свойства и размо — каемость, во много раз повышаются сцепление и сопротивляемость сдвигу.

Г рунтовые подушки устраивают в открытых котлованах для распределения давления от фундамента на большую площадь слабого грунта или для замены слабого грунта при небольшой его мощности. Для устройства подушек используют местные пылевато-глинистые, песчаные и песчано-гравелистые грунты оптимальной влажности, а также гравий, щебень и шлаки.

При устройстве искусственных оснований в виде грунтовых подушек применяют послойное уплотнение грунта. Толщину отсыпаемых слоев принимают в зависимости от оборудования, применяемого для уплотнения (рис. 3.7). Общая толщина грунтовых подушек составляет 1,5- 5,0 м, иногда до 10-12 м.

При возведении подушек для создания сплошного водо­непроницаемого экрана можно применять лессовидные глины и суглинки.

Дренирующие материалы (песок, щебень, шлак) для устройства подушек допускается применять в непросадочных грунтах, а также в грунтовых условиях I типа по просадочности.

При устройстве грунтовых подушек с целью ликвидации проса — дочных свойств основания плотность сухого грунта должна быть не менее 1,6 т/м[1] [2] [3]. Грунтовые подушки устраивают по всей площади котлована или под отдельными фундаментами.

Оптимальную влажность глинистых грунтов принимают при их уплотнении укаткой w0 = wp, трамбованием wa = wp — (0,01…0,03).

При больших объемах работ целесообразно применять трамбующие машины Д-1471 или тяжелые катки на пневмоколесном ходу. При небольших размерах подушек в плане применяют самоходные катки, тракторы и тяжелые трамбовки.

Рис. 3.7. Схема уплотнения грунта при устройстве подушки:

3.2.1. Технология крепления откосов и стенок открытых выемок

Устойчивость грунтовой стенки. При устройстве выемок (котлованов, траншей, скважин) вертикальная грунтовая стенка земсооружения за счет слабой структуры материала (грунта) имеет тенденцию к обрушению под действием собственного веса. Для предотвращения этого явления выполняют крепление стенки или устройство грунтового откоса под некоторым углом к вертикали.

Крепление стенок траншей и котлованов осуществляется обычно в процессе его возведения. При этом используются инвентарные деревянные или металлические щиты и крепежные изделия.

Для этой цели могут быть использованы тонкостенные подпорные стенки (рис. 3.8, а), устройство защитных покрытий из плит и других материалов (рис. 3.8, б), удерживающие свайные конструкции (рис. 6.1, в). свайные шпонки (рис. 3.8, г), анкерные устройства (рис. 3.8, д, в), а также поверхностное (рис. 6.1, ж) или глубинное укрепление (рис. 3.8, з).

Рис. 3.8. Укрепление откосов выемок: а — тонкостенными подпорными стенками; б — защитными покрытиями из плит; в — удерживающие свайные конструкции; г — свайные шпонки; д — анкерные устройства; е — свайно-анкерная конструкция; ж — поверх­ностное закрепление; з — глубинное закрепление; 1 — подпорная стенка; 2 — плита; 3 — сваи; 4 — шпонка; 5 — анкер; 6 — поверхностное закрепление; 7 — глубинное закрепление

Подкосные крепи применяют при креплении стен широких котлова­нов, когда невозможно применять другие типы крепления. Подкосы устанавливают внутри котлована при небольшой глубине в один ряд, а при большой глубине в два и более рядов. Недостатком такого крепления является то, что подкосы затрудняют производство последующих работ в котловане. При подкосном креплении ограждение выполняется в виде забирки из досок толщиной 50 мм с прозорами на ширину доски при связных маловлажных грунтах и глубине котлована до 3 м. При большой глубине котлованов, а также независимо от глубины котлована в сыпучих грунтах и грунтах повышенной влажности забирку выполняют сплошной.

В тех случаях, когда котлованы имеют большую ширину, а также когда крепления препятствуют выполнению работ, применяют анкерные крепления. Анкерное крепление состоит из тяг, стоек, свай (опор) и забирки (рис. 3.9, б). Анкерные сваи (опоры) располагают за пределами призмы обрушения на расстоянии

В> h/tga, (3.2)

где h — глубина выработки, м;

а — угол естественного откоса, град.

Чтобы анкерные тяги не мешали передвижению людей, их распо­лагают ниже поверхности земли в траншеи. Тяги выполняют из металла или в виде деревянных схваток. Такое крепление устраивают в процессе разработки грунта или после устройства выемки в зависимости от устойчивости грунта.

Распорные крепления применяются при ширине котлована до 15 м (рис. 3.9, в, г, д) и состоят из распорок, стоек, щитов или шпунтов. Распор­ки устанавливают в один или несколько рядов по высоте, что зависит от глубины выработки. Забирки распорных креплений бывают горизон­тальными — сплошными и с прозорами, а также вертикальными. Распорные крепления преимущественно выполняют из дерева. В качестве ограждаю­щих элементов используют инвентарные щиты. При глубине котлована более 3,5 м вместо щитов может устраиваться деревянная шпунтовая стенка, которая заглубляется в грунт на 0,5-0,7 м.

Недостатком распорного крепления является то, что распорки затрудняют производство последующих работ в выемке.

Применяются инвентарные распорные рамы из трубчатых стоек и распорок из-за простоты их монтажа и демонтажа, а также высокой оборачиваемости. Трубчатые стойки по высоте имеют отверстия для креп­ления распорок. Распорка телескопического типа (рис. 3.9, ё) состоит из наружной и внутренней труб, поворотной муфты и опорных частей. В зависимости от ширины траншеи расстояние между стойками устанав­ливают выдвижением внутренней трубы из наружной и фиксируют болтом, вставляемым в отверстия труб. Щиты к стенкам выемки прижимают поворотом муфты с винтовой нарезкой.

Рис. 3.9. Способы крепления вертикальной грунтовой стенки: а — стальным шпунтом; б — буронабивными (2) и сталебетонными (3) сваями; в — распорное; г — консольно-распорное; д — то же, с расстрелами; е — инвен­тарное с телескопическими распорками; ж — крепление торкретированием; 1 — стальная шпунтовая стенка; 2 — набивная свая; 3 — сталебетонная свая; 4 — распорка; 5 — стойка; 6 — деревянная свая (брус); 7 — дощатая забирка; 8 — обвязочная; 9 — распорка-расстрел; 10 — стальная свая; 11 — талреп

Для широких и глубоких котлованов используют крепление с телескопическими расстрелами (рис. 3.9, д). Стойки в виде металлических свай из двутавровых балок №40-60 (рис. 3.9, д, 10) забивают вдоль бровок проектируемой выемки с шагом 0,5-1,5 м и более, заглубляя их ниже по­дошвы проектируемого фундамента или подземного сооружения на 3-5 м. По мере разработки грунта стены выемки закрепляют деревянной забиркой толщиной 50-70 мм. Забирка заводится за полки свай и расклинивается 26

грунтом. При глубинах выемок более 3-4 м сваи раскрепляют продольным поясом из прокатных профилей (рис. 3.9, д, 8) на расстоянии не менее 0,5 м от верха выемки. Через 4-6 м вдоль оси выемки устанавливают поперечные распорки-расстрелы (рис. 3.9, д, 9), упирая их в продольные пояса. Для передачи нагрузки от свай на распорки между каждой сваей и балками об­вязки устанавливают стальные клинья. При глубинах выемки более 10 м возникают значительные давления грунта, поэтому требуется установка распорок в 2-3 яруса по высоте.

Распорки-расстрелы (рис. 3.9, д, 9) выполняют из труб диаметром 500-400 мм или из прокатных профилей — швеллеров или уголков, соединённых накладками с помощью сварки, а также из стальных труб диаметром 300-400 мм. Расстрелы выполняют телескопическими и после раздвижки их раскрепляют стальными клиньями или гидравлическими домкратами. В некоторых случаях консольно-распорное крепление применяют в сочетании с грунтовыми анкерами. Поперечное крепление котлованов распорками-расстрелами имеет достаточную жестокость и обеспечивает многократное использование крепи. При ширине котлованов более 15 м распорки-расстрелы становятся громоздкими и тяжелыми. В гаком случае возникает необходимость в установке дополнительных диаг ональных связей.

Крепление котлованов может быть выполнено из монолитных железобетонных стен или в виде стен, возведенных способом «секущихся свай».

Для устройства креплений стенок выемок может быть использован метод торкретирования (рис. 3.9, ж). При этой технологии набрызг бетонной смеси производится под высоким давлением с помощью цемент — пушки или бетон-шприц-машины. Частицы бетонной смеси при нанесении первого слоя проникают в грунт, а при нанесении последующих слоев — в несхватившийся бетон предыдущего слоя. При устройстве глубоких котлованов для повышения несущей способности по грунту или между слоями бетона укладывают арматурную сетку. Общая толщина торкретбетона достигает 70-80 мм.

Консольные крепления устраивают для обеспечения свободного пространства внутри выемки в стесненных условиях. Консольные крепления представляют собой стенку (рис. 3.9, г) или опоры (рис. 3.9, д), нижняя часть которых защемлена в грунте. Консольные крепления выполняются при глубине выемки до 3 м из деревянного шпунта; до 6 м из металлического шпунта; до 5 м из забивных свай; до 10 м из буро — пабивных свай и конструкций, возводимых способом «стена в грунте».

При глубине котлована более 8 м крепление выполняется из двух рядов буронабивных свай (рис. 3.9, б).

В отдельных случаях: вблизи существующих зданий и сооружений, при слабых водонасыщенных грунтах, при большой (более 5,0 м) глубине

котлована системы крепления грунтовых стенок устраивают до разработки грунта. При этом используются шпунтовые ограждения (стенка) (рис. 3.10) или стенка из намороженного грунта (криогенный способ) (рис. 3.11).

Рис. ЗЛО. Закрепление грунтовой стенки шпунтом

Шпунтовые ограждения выполняются из стальных пластин шириной 200-400 мм и длиной 6,0-12,0 м, погружаемых по всему периметру котлована сваепогружающей установкой. По длинной стороне элементы шпунта имеют скользящее замковое соединение, так что после погружения пластин образуется плотный и устойчивый «забор» по форме будущего котлована (рис. 3.11). Внутри ограждения выполняется выемка грунта до проектной отметки и возводится подземная часть здания или сооружения до нулевой отметки здания. После этого погруженный шпунт извлекается специальным механизмом — «сваевыдергивателем».

При криогенном способе по периметру котлована с определенным шагом, который определяется расчетом, бурят скважины. В скважины помещают криогенные «иглы», соединенные с криогенной установкой, обеспечивающей циркуляцию хладоносителя в системе. Хладоносителем (хладагентом) может быть аммиак, фреон, солевой раствор (NaCl, СаС12), охлажденный до заданной температуры (- 15°С… — 10 °С). Вокруг «игл» происходит замораживание грунта и постепенно (через 6 — 24 ч) образуется сплошная стенка из мерзлого грунта, которая должна иметь расчетную толщину и обладать необходимой устойчивостью на опрокидывание (рис. 3.11). Далее производится выемка грунта из проектного котлована и возведение «нулевого» цикла здания. После окончания работ «нулевого» цикла вся криогенная система (включая иглы) демонтируется.

При определенных погодных условиях (t° = 5…15°С) криогенная система работает эпизодически, а при t° < 5 °С демонтируется сразу после расчетного замораживания грунта. При этом замороженная стенка котлована сохраняет устойчивость на период до 20…30 суток.

1 * криогенная установка 2«подача хладагента

(фреон, аммиак, солевой раствор)

3 — разводящий трубопровод

4 — криогенные иглы

5′ намороженный грунт

Достоинства этой грунпы способов (крепление стенок выемки): объем вынутого грунта не превышает проектного объема котлована; малые технологические габариты (работы ведутся в проектных размерах котлована). Недостатки — большие затраты труда и материалов; разнотипные процессы и материалы.

Для крепления стенок скважин используют глинистый раствор или стальные обсадные трубы (см. Раздел «Технология устройства свай»).

Устройство откоса выполняется под некоторым утлом (р, обеспечивающим надежную устойчивость стенок выемки (рис. 3.12). В связи со сложностью замера утла этот параметр выражается через коэффициент крутизны откоса (т).

Значения коэффициента крутизны откоса т для различных грунтовых условий согласно СНиП 3.02.01-87 [12] приведены в габл. 3.2.

Достоинство данного способа в. том, что устойчивость грунтовой стенки обеспечивается основным процессом — разработкой грунта и не требует дополнительных материалов.

Крутизна откосов выемок Г рунты Крутизна откоса при глубине выемки, м 1,5 3 5 Насыпные неуплотненные 1 : 0,67 1 : 1 1 : 1,25 Песчаные и гравелистые 1 : 0,5 1 : 1 1 : 1 Супесь 1 : 0,25 1 : 0,67 1 : 0,85 Суглинок 1:0 1 : 0,5 1 : 0,75 Глина 1 : 0 1 : 0,25 1 : 0,5 Лессы и лессовидные 1 : 0 1 : 0,5 1 : 0,5

К недостаткам следует отнести большие технологические габариты (размеры выемки по верху существенно увеличиваются). Кроме того, разрабатывается излишний объем грунта, который потом придется отвозить, привозить снова и выполнять излишний объем обратной засыпки.

Рис. 3.12. Устройство устойчивого откоса: С — заложение откоса; h — высота откоса

Комментарии закрыты.