Методика искусственного улучшения грунтов оснований

Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО

Тюменский государственный архитектурно-строительный университет

 

 

 

 

 

 

 

Кафедра строительных материалов

 

 

 

 

Реферат по предмету

строительная индустрия

на тему

 «Методика искусственного  улучшения 

грунтов оснований»

 

 

 

 

                           

 

 

 

                                                                                          Выполнила: студентка

                                                                                          группы ЭУН 08-1

                                                                                         

                                                                                          Проверил:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тюмень, 2010 г.

Содержание.

Введение……………………………………………………………………….3

1. Механическое закрепление грунтов………………………………………5
1. . Уплотнение……………………………………………………….5
2. . Замена грунта……………………………………………………..8
3. . Замораживание…………………………………………………..10
2. Химическое закрепление грунтов………………………………………..10
1. . Цементация………………………………………………………12
2. . Глинизация……………………………………………………….12
3. . Битумизация……………………………………………………...13
4. . Силикатизация…………………………………………………...14
5. . Смолизация………………………………………………………15
6. . Электрохимическое закрепление……………………………….16
7. . Технология и производство работ………………………………17
8. . Инъекторы и предъявляемые к ним требования……………….19

3. Метод вертикального дренирования……………………………………….21

4. Подготовка проектирования усиления грунтов…………………………...22

Список литературы…………………………………………………………….24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Воздействие на грунт, с помощью которого повышается его прочность, называется искусственное закрепление грунта. Прочность грунта заключается в его способности быть неразмываемым, иногда водонепроницаемым, используется с целью создания водонепроницаемых ограждений при отрывке котлованов и траншей, для борьбы с оплыванием откосов и укрепления оснований фундаментов. Поверхностное закрепление грунтов используется в строительстве при работах на глубине менее метра, а глубинное закрепление грунтов - на глубине в несколько метров.

Искусственные основания при возведении зданий на слабых грунтах устраивают путем уплотнения или упрочнения грунта, а также заменой слабого грунта оснований более прочным. Способ закрепления выбирают в зависимости от грунтовых условий района строительства, а также производственных возможностей его выполнения.

 

До ХХ столетия здания возводились без сколько-нибудь серьезного изучения свойств грунтов основания ниже глубины заложения фундаментов. Неполными были также сведения о грунтовых водах, их свойствах и колебаниях уровней. Лишь в конце ХIХ, начале ХХ вв. произошло становление как науки механики грунтов и грунтоведения.  

Как правило, основанием зданий старой постройки служили естественные грунты, без какой-либо их обработки. Во многих случаях основанием фундаментов зданий, особенно в городской застройке, служили насыпные грунты культурного слоя или насыпные грунты, использованные для выравнивания площадки застройки, засыпки колодцев, ям, оврагов и других неровностей рельефа.  

При высоком уровне подземных вод или заведомо слабых грунтах основания применялись свайные фундаменты. Чаще всего это были короткие, клиновидной формы сваи из хвойных и лиственных пород древесины диаметра 100-150 мм, грубо обработанные и даже неошкуренные, забивавшиеся по всей по всей площади подошвы фундамента и за ее пределами с целью уплотнения грунтов основания. Примером такого типа фундаментов могут служить фундаменты звонницы московского Кремля, Успенского собора в г.Дмитрове и многих других памятников архитектуры ХVI-XVIII в.в. 

Вместе с тем применялись и свайные фундаменты, которые по характеру работы в грунте соответствуют современному пониманию свайных фундаментов. Это сваи длиной до нескольких метров, изготавливавшиеся из цельных стволов деревьев твердых пород, например дуба, диаметром до 250-300 мм, забивавшиеся в пределах площади опирания фундаментов как в виде лент, так и кустов под ленточные и отдельно стоящие фундаменты. По сваям обычно устраивался деревянный ростверк из лежней бревенчатых или досчатых, располагаемых как вдоль, так и поперек направления фундаментной ленты, на которых затем выполнялась кладка фундаментов. Примерами таких конструкций могут служить фундаменты мостов, крепостных и монастырских стен, массивных каменных сооружений - колоколен, соборов и т.п. Эффективность таких фундаментов определялась положением уровня подземных вод, так как известно, что находящаяся ниже уровня воды древесина может сохраняться веками, тогда как в зоне переменного уровня воды разрушение ее идет весьма интенсивно. Этим обстоятельством объясняется наличие значительных деформаций и неравномерных осадок зданий старой постройки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Механическое закрепление грунтов.

1.1 Уплотнение.

Слабый грунт можно уплотнить с поверхности и на определенную глубину. Уплотнение грунтов представляет собой механический процесс сближения частиц грунта, в результате которого уменьшается его пористость по сравнению с естественной и, как следствие этого, повышается его несущая способность. Различают способы поверхностного (на глубину до 2,5 м) и глубинного (на глубину 12 м и более) уплотнения грунтов. Поверхностное уплотнение производят укаткой, трамбованием или вибрацией. Для осуществления глубинного уплотнения используют воздействие вибрации, взрывов, применяют грунтовые и песчаные сваи, бумажные дрены и т. п.

Укатку и трамбование рекомендуется вести при влажности грунтов, близкой к оптимальной, т. е. при той, при которой достигается наибольший эффект уплотнения. Оптимальная влажность для песка мелкого и средней крупности составляет 10—15%; для песка пылеватого — 14—23%; для супесей — 9—15%; для суглинков принимается на 1%, а для глин на 2% ниже влажности на границе раскатывания. Увлажнение грунта с целью доведения его влажности до оптимальной осуществляют поливочной машиной или из шлангов.

Грунт укатывают тяжелыми катками различных конструкций, которые широко применяют в дорожном строительстве для уплотнения насыпей. За один проход катка грунт уплотняется на глубину до 20 см, а при многократном проходе — до 60 см. Методом укатки целесообразно уплотнять супеси, суглинки и глины на значительных по площади территориях.

Для уплотнения грунтовых оснований фундаментов сооружений разного назначения, включая мосты, катки не используют. В этих случаях более целесообразно применение трамбовок различных конструкций, в том числе свободно падающих, дизельных, пневматических и вибрационного действия.

Наиболее простыми и достаточно эффективными являются тяжелые трамбовки, сбрасываемые с высоты 3—4 м на уплотняемый грунт посредством кранов, оснащенных фрикционными лебедками. Такие трамбовки массой до 3,5 т делают из чугуна или железобетона в форме усеченного конуса с основанием диаметром 1—2 м.

Тяжелыми трамбовками можно хорошо уплотнять насыпные, рыхлые песчаные и сильно сжимаемые глинистые и лессовые грунты. При трамбовании грунт уплотняется на глубину до 2,5 м, что обеспечивает повышение несущей способности основания до 30%. Подвергнутый трамбованию лессовый грунт, как правило, теряет просадочные свойства в пределах зоны уплотнения и осадка его значительно уменьшается. Одной тяжелой трамбовкой в течение смены можно уплотнить 100—150 м2 площади основания. Существенным недостатком использования тяжелых трамбовок является быстрая изнашиваемость тросов, лебедок и кранов.

Получаемая в этом случае предельная величина понижения от одного удара называется отказом при уплотнении трамбованием. Величина отказа зависит от параметров трамбовки и высоты ее сбрасывания. Ее устанавливают опытным путем. Ориентировочно величину отказа принимают равной: для пылевато-глинистых грунтов 1-2 см, для песчаных 0,5-1 см. Число ударов для уплотнения до отказа зависит от начального значения плотности грунта и колеблется от 5 до 16 ударов. Дальнейшее трамбование после достижения отказа приводит к выпиранию грунтов у поверхности основания и его разрыхлению.

Уплотнение грунта трамбовками массой 5-7 т в пределах отдельных участков следует производить циклами с последовательным переходом от следа к следу. В каждом цикле по каждому следу производят 2-3 удара. В каждом последующем цикле трамбование ведут со смещением следов трамбования предыдущего цикла на половину диаметра трамбовки.

Уплотнение трамбовками массой 10-15 т ведут со смещением следов на расстояние, равное одному диаметру трамбовки. При этом по одному следу дается заданное число ударов по уплотнению до отказа. В зимнее время уплотнение основания тяжелыми трамбовками следует производить при талом состоянии грунта и соответственной влажности. Мерзлые грунты уплотнять нецелесообразно.

Более совершенным способом поверхностного уплотнения несвязных грунтов является вибрационный. В практике возведения сооружений применяют виброплощадки и виброкатки массой от 1,6 до 20 т. Вынуждающая сила вибраторов 100—220 кН при частоте колебаний 600—3000 мин-1. Подобными механизмами за  1ч можно уплотнять грунт на площади 50—300 м2 на глубину 1—2 м.

Для глубинного уплотнения рыхлых песков, содержащих не более 20% пылеватых и глинистых частиц, наиболее эффективно использование гидровиброуплотнения.

В зависимости от гранулометрического состава пористость уплотняемого песка может быть снижена с 50 до 26%. При этом по мере уплотнения поверхность грунта понижается на 10—20% толщины слоя, что необходимо учитывать при назначении отметки верха уплотняемого массива.

Для глубинного уплотнения песчаных грунтов в пределах суши применяют гидровибратор в виде толстостенной стальной трубы диаметром 15—20 см, в нижней части которой установлен вибратор. В трубе сделаны отверстия для подачи напорной воды под давлением 0,3—0,6 МПа в уплотняемую зону грунта в процессе работы вибратора.

В зависимости от конструкции вибраторы могут уплотнять грунт в радиусе до 2 м и на глубину до 12 м с производительностью от 200 до 600 м3 грунта за 1 ч.

Сущность уплотнения основания грунтовыми сваями заключается в устройстве в его, пределах скважин, заполняемых грунтом с последующим уплотнением. Скважины устраивают путем вытеснения грунта природного сложения из объема, занимаемого каждой из них, что позволяет существенно уплотнить находящийся между ними грунт. Благодаря увеличению плотности грунтов в сваях и в междусвайном пространстве несущая способность оснований из связных грунтов повышается до 40%, а из несвязных — в 1,5-2 раза. При этом уменьшается их сжимаемость и снижается степень фильтрации воды. Этим способом можно уплотнять рыхлые пески, макропористые грунты, а также суглинки и илы, находящиеся в мягкопластичном состоянии.

Расстояния между сваями принимают исходя из требуемой степени уплотнения грунта, его физико-механических свойств, а также реальных возможностей применяемого технологического оборудования.

В связных грунтах, способных держать вертикальные стенки, скважины пробивают инвентарным сердечником или взрывным способом. Заполняют их уплотненным глинистым грунтом, а в макропористых грунтах — теми же грунтами, но укладываемыми с трамбованием и увлажнением.

Для уплотнения водонасыщенных рыхлых песчаных грунтов, мелких и пылеватых песков, в том числе с прослойками суглинков и глин, применяют песчаные сваи. Технология их изготовления аналогична технологии изготовления грунтовых свай.

1.2 Замена грунта.

Если же уплотнить грунт по каким-то причинам не представляется возможным, слой слабого грунта заменяют на более прочный. Замененный грунт называют подушкой. Если строится многоэтажное здание, обычно используют подушку из песка средней крупности или крупного.

При толщине слоя слабого грунта 1,5—2 м целесообразно уложить подушку непосредственно на подстилающий пласт более прочного грунта. Если слабый грунт распространяется на значительную глубину, размеры подушки назначают из условия уменьшения под ней давления до величины, не превышающей расчетного сопротивления этого грунта. При этом толщину подушки и ее ширину понизу принимают исходя из распределения давления под углом к вертикали от 20 до 40°. Величина угла зависит от физико-механических свойств материала подушки.

Применять подушки целесообразно под одиночные и ленточные фундаменты с шириной подошвы 1—1,5 м в глинистых, суглинистых и песчаных грунтах с расчетным сопротивлением 0,10—0,15 МПа выше уровня подземных вод. Для устройства подушки используют материал с расчетным сопротивлением под подошвой фундамента 0,20—0,25 МПа. В песчаных и супесчаных грунтах для устройства подушек используют несвязные грунты. В суглинистых и глинистых грунтах во избежание скапливания воды в котловане подушки делают из трамбованных связных грунтов или же используют для их устройства смесь грунтов с цементом или с известью.

При устройстве песчаной подушки слабый грунт вынимают на некоторую глубину и заменяют песком, уплотняемым вибрацией с увлажнением. Толщина подушки из песка должна быть рассчитана так, чтобы давление от здания, переходящее на слабый грунт, не превышало его несущей способности.

В состав работ по устройству подушек входят транспортирование и разгрузка материала, его разравнивание, увлажнение, уплотнение и выравнивание поверхности по заданной отметке. В большие котлованы, оборудованные въездными траншеями, песок или щебень доставляют самосвалами и разгружают на дно. Если подушку отсыпают в сухом котловане, разгруженный материал разравнивают бульдозером слоями толщиной 20 см. Каждый слой увлажняют и уплотняют поверхностными вибраторами или механическими трамбовками.