Руководство по укреплению грунтов - Большая энциклопедия инструкций и руководств

Как укрепить грунт?

Содержание

Для чего и где применяется?
Способы укрепления грунтов
Часто встречающиеся ошибки

При строительстве иногда требует усиливать основание под объектами. Но тут все гораздо сложнее, чем кажется со стороны, и существует даже немало вариантов такой работы. Пора разобраться, как укрепить грунт, зачем это вообще нужно, и какие ошибки обычно допускают проектировщики, строители.

Для чего и где применяется?

Вовсе не обязательно стабилизация и закрепление почвенных пластов используются перед постройкой многоквартирного дома, офисного центра или другого серьезного сооружения. Такие манипуляции требуются и в ряде других случаев. Укрепительные мероприятия выполняются при возведении земляных работ (точнее, при проведении земляных работ) такого рода:

прокладка дороги (автомобильной или железной);
установка линии электропередач, инфраструктуры связи;
сохранение рельефа в особо охраняемых природных зонах;
профилактика размыва особо важных объектов, подмыва фундамента различных сооружений.

Укрепительные работы проявляют свою актуальность не только на этапе строительства. В ряде населенных пунктов оползание, потеря стабильности почвы, размывание ее водоемами или талыми водами обнаруживаются через несколько десятилетий. Если этот процесс не остановить, конечные потери будут непропорционально велики по сравнению с сиюминутной экономией. Мало того, в ряде случаев можно опасаться масштабных разрушений и даже серьезных человеческих жертв.

И напоследок стоит упомянуть такой случай необходимого укрепления, как поддержание садового участка или поля, расположенного на склоне.

Способы укрепления грунтов

Механические

Эти виды повышения прочности грунта появились раньше других вариантов. Их использовали, пусть и на примитивном уровне, еще столетия назад. Но сегодня благодаря научно-техническим достижениям возможности строителей многократно возросли. Так или иначе, «механика» основана на сооружении различных блоков и конструкций, удерживающих почвенные пласты на месте.

Шпунтовые ограждения — достаточно дорогой вариант решения проблемы. Его применяют главным образом, когда надо разработать выемку или углубление в насыщенных водой земляных слоях поблизости от уже созданных объектов. Шпунты вводят в пласт прежде, чем начнут разрабатывать выемку. Если это условие не соблюдается, стабильного состояния почвы достичь невозможно.

Иначе устроено консольное крепление. Его делают из особых стоек, то есть свай. Эти опоры погружают нижней частью глубже, чем будет планируемая выемка. Сваи поддерживают доски или щиты, которые будут принимать давление грунта.

Такой прием рекомендуют использовать, если выемка будет не глубже 5 м. При большей глубине надо применять консольно-распорное крепление. Распорки ставят в верхней части стоек.

Цементация, инъекции

Довольно часто для повышения прочности грунтовых слоев пользуются цементом и некоторыми другими типами строительных растворов. Подобное решение оправдано тем, что оно может применяться даже при глубинном характере трещин или полостей. Нагнетаемый раствор уходит на необходимую глубину и застывает там, создавая прочную механическую пробку. Одновременно таким образом сокращают сжимаемость грунтов и их водопроницаемость. Подача раствора или цементного «молока» происходит через заранее забитые полые сваи.

Цементация нужна, чтобы закрепить пески с крупным и средним размером зерна. Но этот же метод подойдет и для склонных к растрескиванию скальных пород. Цементные растворы закачивают при помощи инъекторов. Величина трещины и количество пор песка прямо влияют на пропорцию цемента и воды. Иногда к раствору добавляют инертные материалы. Радиус закрепления зависит от разновидности обрабатываемых грунтов. Скалистую почву закрепляют как минимум на 1,2-1,5 м. Если почвы сложены крупным песком, этот показатель составит от 0,5 до 0,75 м. Песок средней крупности цементируют на 0,3-0,5 м. Процедуру ведут по методу нисходящих зон.

Нагнетать раствор прекращают, как только достигнута целевая величина поглощения.

Дорожное строительство

При сооружении дорог и других транспортных магистралей (объектов) часто укрепление грунтов связано с минеральными вяжущими веществами. Такие методики были отработаны еще в XIX веке. В середине ХХ столетия в нашей стране провели массу исследований, позволивших поднять эффективность процедуры в несколько раз. Сегодня на территории развитых государств дорожное строительство не обходится без укрепления почвы. Исключения крайне редки и связаны с особо благоприятными условиями. Грамотное использование минеральных вяжущих:

сокращает общие расходы на 15% как минимум;
позволяет быстрее закончить строительство;
увеличивает промежуток между капитальными ремонтами;
позволяет обойтись меньшей толщиной покрытия;
понижает насыщение обработанных грунтов;
увеличивает стойкость к морозу, переменному увлажнению и понижению влажности.

При современном уровне технологии смешивать компоненты можно непосредственно на строящейся дороге. Техника уверенно работает как с жидкими, так и с порошкообразными компонентами. Если условия стеснены или грунт очень специфичен, не позволяет пройти тяжелой технике, применяются навесные аппараты. Самое распространенное в нашей стране минеральное вяжущее — классический портландцемент. Но будущее все равно принадлежит точному подбору рецептуры, а не упражнениям с дозировкой привычных компонентов.

Стоит отметить, что грунты могут укреплять не только неорганическими, но и органическими вяжущими веществами. Способ смешивания и методы применения практически не отличаются. Уплотнение производится самоходными катками на пневматическом ходу. Довольно широко практикуется, например, внесение синтетических смол.

Специалисты выяснили, что подобные вещества застывают на морозе, если подвергаются еще воздействию различных кислот.

Опытным путем установили, что быстрее всего закрепить грунт помогает применение водного раствора соляной кислоты в концентрации 5%. Фактическую крепость грунта определяют концентрация смол и исходный гранулометрический состав. Раствор кислоты нагнетают в скважину раньше, чем смолу. Опытные работы показали, что после насыщения смолами прочность грунтов может составлять 30-50 кг на 1 кв. см. Но это не конечный результат, потому что исследовательские работы идут крайне активно. В ряде ситуаций для усиления почв пользуются известью. Она может применяться как сама по себе, так и в связке с другими веществами. Методика такова:

проблемные места профилируют ручным способом (в больших масштабах помогает грейдер);
гранулируют почву ручными культиваторами;
поливают известковым раствором;
вновь культивируют нужный участок;
утрамбовывают его (после этого можно даже отказаться от покрытия).

Стабилизированный подобным образом грунт не размягчается даже при бурных осадках или весной. На нем долго не растет бурьян. Количество затрачиваемого труда многократно меньше, чем при использовании каменных блоков или настилов из дерева. Метод подходит для усиления грунтов не только на дорогах, но и под частную жилую застройку. При этом сокращается сложность строительства фундамента, уменьшаются суммарные строительные расходы.

Но при строительстве в больших масштабах требуется уже не какое-то одно решение, пусть даже применение проверенного реагента «Консолид» или другой испытанной марки, а комплексное упрочнение грунта. Чаще всего речь идет об использовании смесей органических и неорганических вяжущих, к которым примешивают и определенные добавки.

Практика показывает, что обработка почвенных пластов смесью битумов, извести, дегтей и цемента обеспечивает превосходные показатели:

стойкости к холоду;
механической прочности;
стойкости к нагреву и перепаду температур;
сопротивляемости увлажнению.

Начинают с обработки грунта известью либо цементом. Их непременно увлажняют. Образующийся гидрат кальциевой окиси гарантирует сцепление глины и коллоидных частиц. Чем больше глины содержится в почве, тем эффективнее введение извести.

Уплотнение грунта, укрепляемого в смеси с цементом или известью, производят в первые 2 часа после окончательного размешивания смеси.

Осушение

Но в ряде случаев применение различных материалов оказывается недостаточно эффективно. Дело в том, что добиться успеха мешает чрезмерное увлажнение почв. На глинистых, пылящих и илистых грунтах эффективно оказывается электрохимическое осушение. В грунт снаружи и внутри фундамента защищаемого здания закладывают электроды трубчатой формы (анод и катод соответственно). Дистанция между электродами с одним полюсом должна составлять от 0,8 до 1 м.

Анодный электрод используют для подачи соляных растворов. Повышение градиента скоростей достигается откачиванием грунтовых вод из катода. Применяют постоянный ток напряжением от 100 до 120 В. Закрепить 1 м3 грунта можно при затрате 60-100 кВт электричества.

Но можно прибегнуть и к химическому осушению. В таком варианте специальные добавки вводят в почву из автогудронатора. Температура должна составлять от 50 до 80 градусов. Контроль объема добавок проводят при помощи индикаторной бумаги. Электрическое осушение применяют, когда надо улучшить характеристики плохо отдающего воду грунта. Речь идет о почвах, сложенных из глины, ила либо суглинков, коэффициент фильтрации которых составляет менее 1 м за сутки.

Если глина не является основным компонентом почвы, применяют обжиг (термическое осушение). Бурят скважину, куда заводят перфорированную трубу из жаропрочных марок стали. По трубе гонят горячий воздух. Избыток влаги испаряется, и глина спекается. Тепло получают при использовании местного топлива.

Силикатизация идет так:

берут жидкое стекло или его растворы;
нагнетают эти растворы по трубам;
после окаменения почвы трубы извлекают.

Армирование

Для искусственного упрочнения земли на наклонном участке или на подмываемой территории могут использовать свайные и траншейные стены. Также иногда применяют «свайные поля». Но есть и много других методов:

балластные колонны;
песчаные сваи;
буроинъекционные анкеры;
«гвоздевание»;
использование сетки из полимера, геотекстиля;
ленты из геотекстиля.

Подбор варианта определяется:

инженерно-геологической характеристикой площадки;
предназначением объекта;
требовательностью к качеству подложки;
срочностью и важностью работ.

Часто встречающиеся ошибки

Какой бы метод ни был выбран, придется работать очень тщательно и четко. Так, при использовании свай нагрузку надо передавать строго вертикально. Малейшее отклонение в сторону — и эффективность работы резко падает.

Обязательно надо проанализировать указания нормативных документов, изучить характеристики грунта в конкретном месте. Невнимание к нормативам, игнорирование геологоразведки крайне вредны.

Также регулярно встречаются такие промахи:

применение устаревшей техники;
плохой подбор приспособлений и реактивов;
отсутствие инженерного контроля за рабочим процессом, особенно за послойным уплотнением почвы;
неверная концентрация вяжущей смеси;
несоблюдение температурных ограничений;
несоблюдение временных рамок технологического процесса;
плохой выбор подходящего метода.

Подробнее о цементации грунтов смотрите далее.

Источник

Укрепление
грунтов органическими вяжущими
осуществляется так же, как и минеральными
вяжущими, способами смешения на земляном
полотне дорожной фрезой или однопроходной
грунтосмесительной машиной, а так же в
карьере в грунтосмесительной установке.
Готовую смесь укладывают в дорожную
одежду самоходным укладчиком или
автогрейдером с уплотнением самоходным
катком на пневматических колесах.

При
необходимости дополнительного увлажнения
грунта при его укреплении битумной
эмульсией следует учитывать количество
воды, находящееся в эмульсии, при этом
целесообразно изменять концентрацию
эмульсии от 55…50 до 35…40%.

При
укреплении грунта органическими вяжущими
с добавкой извести сначала должен быть
обработан грунт известью и только через
12…14 ч смесь грунта с известью обрабатывают
органическим вяжущим.

При
укреплении грунта органическим вяжущим
с добавкой цемента уход за уложенным
слоем должен быть аналогичен укреплению
грунта только цементом.

Для
улучшения размельчения тяжелых суглинков
и глин в сухую погоду их следует
предварительно размельчать с введением
добавки ПАВ (ССБ, ОП-7, ОП-10 в количестве
0,05…0,5% массы грунта).

Грунты,
укрепленные смолобитумным вяжущим
(битумная эмульсия — эмульсированное
вяжущее 40% и карбомидная смола 60%),
применяют для устройства покрытий на
дорогах IV
и III
категорий и верхних слоев основания
под асфальтобетонные покрытия.

Битумная
эмульсия должна быть анионная прямого
типа, медленнораспадающаяся, карбомидная
смола типа УКС и М 19-92. Отвердителем
служит аммоний хлористый (ГОСТ 2210-73) в
количестве 10…20% массы вяжущего. Расход
смолобитумного вяжущего для укрепления
грунтов приведен в табл. 2.28.

Таблица
2.28

Расход смолобитумного вяжущего

Укрепляемые грунты

Расход вяжущего,
% от массы грунта (в числителе), кг на
1 м³
грунта (в знаменателе)

Оптимальная
влажность смеси при уплотнении, % от
массы смеси

Крупнообломочные,
пески гравелистые, крупные, средние
и мелкие, в том числе одномерные, супеси
оптимального состава, супеси легкие

Супеси пылеватые, тяжелые, суглинки
легкие и легкие пылеватые

6…10

10…12

Смолобитумное
вяжущее с добавкой отвердителя должно
быть введено в грунт и уплотнено в
течение до 3 ч. Вяжущее без отвердителя
допускается хранить не более 3 суток.
Движение по слою грунта, укрепленному
смолобитумным вяжущим, может быть
открыто через 2 суток в условиях сухой
погоды с температурой 15°С и выше.

2.4.4. Комплексные и другие способы укрепления грунтов

Комплексные
способы укрепления грунтов основаны
на применении, кроме основного минерального
или органического вяжущего, небольших
добавок различных поверхностно-активных
веществ или вяжущего другого вида. Такой
способ дает значительные преимущества,
основными из которых являются:

—
возможность использования для укрепления
малопригодных грунтов;

— снижение расхода
основного вяжущего;

— повышение
прочности, морозостойкости укрепленных
грунтов;

— уменьшение
трудозатрат при измельчении грунта и
перемешивании его с вяжущим.

При
комплексных способах укрепления грунтов
формируются сложные совмещенные
пространственные типы бинарных структур,
взаимно чередующихся в микрообъемах и
пронизывающие друг друга.

Например, при
укреплении грунтов цементом и битумной
эмульсией формируется пространственная
бинарная структура –
коагуляционно-кристаллизационная.

В
качестве добавок при укреплении грунта
цементом можно использовать известь
гашеную или молотую негашеную, хлористый
кальций, гипс и ряд поверхностно-активных
гидрофобных веществ (полиакриломид,
абиетовую смолу, ферромылонафт и др.).
Известь добавляют при укреплении кислых
или солонцовых супесей, суглинков и
глин, имеющих рН
ниже
6 с влажностью на 4…6% больше оптимальной
(1…3% по массе).

Хлористый
кальций (0,4…0,8% по массе) применяют при
пониженной или отрицательной температуре
воздуха, чтобы ускорить процессы
твердения. Силикат натрия (0,5…2,0% по
массе) применяют для повышения прочности
цементогрунта, ускорения его твердения
и снижения расхода цемента при супесчаных
и суглинистых карбонатных грунтах. При
добавке (0,05% от массы грунта) пиридина
в виде водного раствора появляется
возможность снизить в 1,5 раза расход
цемента. Пиридин и его производные
являются отходами нефтехимической
промышленности.

При укреплении
грунтов известью в смесь вводят силикат
натрия или золу уноса, получаемую от
сжигания бурого угля, торфа и каменного
угля, в соотношении от 1:2 до 1:5
(золоизвестковое вяжущее).

Для
повышения водостойкости укрепляемого
грунта эффективна добавка в битум
веществ, способствующих образованию
хемосорбиционных соединений на
поверхности грунтовых частиц, насыщенных
ионами кальция (или железа).

Наиболее
высокие прочность, водо- и морозостойкость
битума получают при добавке в него
анионоактивных веществ органических
кислот или фенолов, а в грунты – извести.

Назначение
и выбор веществ для комплексного
укрепления грунтов при органическом
вяжущем проводят после детального
исследования свойств веществ и образцов
из битумогрунтовой смеси с добавкой
испытуемого вещества.

Соседние файлы в папке уп

Источник

Прокопов Алексей Борисович¹, Маслов Сергей Александрович², Золотухин Сергей Николаевич³
¹Воронежский государственный технический университет, студент группы мЭСК-181 строительного факультета
²Воронежский государственный технический университет, студент группы мЭСК-181 строительного факультета
³Воронежский государственный технический университет, профессор кафедры строительных конструкций, оснований и фундаментов

Аннотация
В работе рассматриваются различные методы укрепления глинистых грунтов. Это очень важная тема для всего строительного сообщества. Актуальность этому придает факт того, что при укреплении глинистых грунтов повышается эффективность строительства. То есть, одно и то же здание можно построить за меньшие средства и с применением меньшего количества материала. Этот факт заинтересует не только российских заказчиков, а будет интересен потребителям во всем мире. Ведь это не только вопрос материальной выгоды, а еще и большая надежность здания.

Библиографическая ссылка на статью:
Прокопов А.Б., Маслов С.А., Золотухин С.Н. Методы укрепления глинистых грунтов // Современные научные исследования и инновации. 2019. № 12 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2019/12/90939 (дата обращения: 06.09.2023).

Актуальность темы

Тема укрепления грунтов будет актуальна для представителей строительной сферы постоянно. Это актуально для грунтов с высоким уровнем грунтовых вод, большим количеством плывунов и так далее. Ведь при одинаковых условиях, грунт, который укреплен инженерными и геологическими методами, будет способен выдерживать большую нагрузку от фундамента здания.

Также, укрепление грунта происходит при его перемешивании с укрепляющими добавками. Перемешиваясь, грунт становится однородным и обладает повышенными техническими характеристиками.

Если грунт становится прочнее, то при одинаковой нагрузке от здания, можно использовать фундамент меньшего размера или выбрать другой, менее затратный вид фундамента. Это дает снижение экономической составляющей строительства.

Так как для конечного потребителя стоимость строительства снижается, то это дает конкурентное преимущество компании, которая применяет методы укрепления грунта. Отсюда следует, что эта тема актуальна не только для строительства, но и должна заинтересовать всех людей в целом.

Все грунты можно условно подразделить на абсолютно надёжные, ненадёжные и малонадёжные. Абсолютно надёжные грунты представляют собой очень плотный слой, который способен выдержать любые нагрузки от фундамента. Малонадёжные грунты чаще всего требуют уплотнения для повышения несущей способности и снижения деформируемости. На сегодняшний день существует множество методов закрепления грунта, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Чаще всего область применения метода так или иначе ограничена типом грунта. К малонадёжным грунтам относится глинистые грунты.

Для повышения несущей способности и снижения деформаций глиняных оснований существует множество способов укрепления. Разделим эти способы на следующие три группы; механические методы укрепления, связанные с армированием грунта; химические методы укрепления грунта, которые связаны с добавлением растворов в грунт.

Первая рассматриваемая группа – физические методы закрепления глиняных грунтов. Основными способами укрепления глиняных грунтов при физическом воздействии являются: термическое укрепление, замораживание.

Сущностью термическое укрепление грунта является преобразование структурных связей в грунте под воздействием высоких температур. Осуществляется либо нагнетанием в грунт под давлением воздуха, подогретого до температуры 600–800 °С, либо в результате сжигания топлива (солярное масло, мазут, природный газ и т.д.) в герметически закрытых скважинах, пробуренных для этой цели. После закрепления возрастают прочность и водостойкость грунтов, а также устраняются их просадочные свойства. Для такого метода подходят неводонасыщенные пылевато-глинистые грунты. Преимуществом данного способа является относительно быстрый набор прочностных характеристик. Недостатком является сложность и дороговизна данного метода.

Искусственное замораживание используется для того, чтобы избежать проникания грунтовой воды или водонасыщенных неустойчивых грунтов в сооружаемую выработку, которое создает прочное ограждение, имеющее в плане круглую или прямоугольную форму из замороженного грунта. Чтобы грунты замораживались, по большей части используют холодильный агент или хладагент (чаще всего охлажденный водный раствор хлористого кальция). Недостатком также является сложность данного метода. Его используют, в основном, только в лабораториях МГУ и в шахтах.

Вторая группа – механические способы укрепления грунтов. Механические методы предполагают внедрение в грунт элементы из различных материалов, обладающих высокой прочностью при работе на растяжение. Для глиняных грунтов подходят такие способы, как забивка свай, применение волокнистых материалов.

Использование волокнистых материалов, а именно – геосинтетиков, для укрепления грунтовых оснований в настоящее время стало популярным. Этому способствует их большое разнообразие, простота и эффективность технологии. Существует несколько разновидностей геосинтетических материалов. Например, геосетка, георешётка и т.д. Они используются прежде всего для армирования грунтовых оснований с целью укрепления, учитывая их особое строение, когда зажатый между ячейками георешетки грунт не может перемещаться от действующих нагрузок и все растягивающие напряжения передаются на георешетку. Преимуществом данного метода является простота производства работ, применение в стесненных условиях, экологичность, низкая материалоемкость и экономичность метода.

Усиление массива грунта может быть также осуществлено при помощи свай. С этой целью используются различные типы свай. Конструкции свай, применяемых для усиления грунтов, и технологии их устройства постоянно совершенствуются. Усиление сваями является одним из наиболее простых с технологической точки зрения способов и позволяет обеспечить значительную экономию материалов по сравнению с полной выемкой слабых грунтов и заменой их на более прочные. Преимуществом метода является экономия материалов (изготавливают любой длины), возможность производства работ вблизи зданий и сооружений, отсутствие значительных динамических воздействий.

Строительство в сложных гудротехнических условиях требует особого профессионализма, поэтому особенно важно выбирать надежных исполнителей. В ВГТУ на кафедре Строительных Конструкций, Оснований и Фундаментов работает много преподавателей в этом направлении. Ими было предложено применить метод объемного усиления грунта основания на набережной Массалитинова в г.Воронеже.

Основные этапы этого способа:

Разработка котлована.
Добавление цемента и воды.
Введение шлака.
Перемешивание компонентов.

В результате этого, техника может начинать работу уже н второй день после мероприятий.

Также в лаборатории ВГТУ проводились испытания. В результаты прочность была в районе 4,5-7 МПа.

Третья рассматриваемая группа – химические методы закрепления грунтов, которые довольно популярны в наше время. Все химические процессы происходят вследствие химического взаимодействия реагентов, вводимых в грунт, между собой, а также с минеральными частицами. Экономическая целесообразность методов неоднозначна и требует тщательного анализа в каждом конкретном случае: с одной стороны, довольно дешевые растворы, с другой – дорогостоящее оборудование. Для глиняных грунтов подходят такие способы, как использование энзимов и струйная цементация

Метод укрепления грунтов с помощью энзимов используется для укрепления грунтов под линейные объекты строительства (дороги, железные дороги, трубопроводы и т.д.). Энзимы можно отнести к высокомолекулярным белкам. В полимерной структуре энзимов есть полости, которые включают гидрофобные и гидрофильные радикалы и группировки. Поверхностное натяжение воды уменьшается, если растворить в ней фермент, поскольку энзимы обладают свойствами поверхностно-активных веществ и действуют как гидрофобизаторы. В результате молекулярное и электростатическое взаимодействие между частицами грунта усиливается. Создается более плотный грунт, так как структура воды изменяется, что способствует ее интенсивному удалению. Из-за особого строения энзимов при их оседании на частицах грунта формируются прочные водородные связи. Преимуществом метода является экономия затрат на этапах строительства и эксплуатации.

На сегодняшний день встречается все больше информации о применении метода струйной цементации. Суть технологии состоит в одновременном разрушении грунта и смешивании его с цементным раствором, поступающим в грунт под большим давлением. В результате после затвердевания цементного раствора образуется другой материал – грунтобетон, который обладает качественными характеристиками (прочностными и деформационными). Устройство свай из грунтоцемента производится в два этапа – в стадиии прямого хода, и в стадии обратного хода буровой колонны. В первом этапе бурят лидерную скважину до проектной отметки. Во втором этапе подают цементный раствор под высоким давлением в форсунки монитора, находящимся на нижнем конце буровой колонны, и поднимают колонну, одновременно вращая ее. Можно выделить три вида технологии: 1. Однокомпонентная технология (Jet 1). Грунт разрушают струей цементного раствора под давлением 40–50 МПа. Эта технология требует минимального комплекта оборудования и считается на порядок проще, но диаметр получившихся свай также является наименьшим (0,6 м для глин и 0,7–0,8 для песчаных грунтов) по сравнению с другими вариантами технологии. 2. Двухкомпонентная технология (Jet 2). Для того чтобы увеличить длину водоцементной струи, в этом варианте используется энергия сжатого воздуха. С целью избежания перемешивания сжатого воздуха и цементной смеси используют специальные двойные полые штанги (по внешней полости подают цементный раствор, а по внутренним – сжатый воздух). Диаметр свай в глинах составляет около 1,2 м, а в песках – 1,5 м. 3. Трехкомпонентная технология (Jet 3) состоит из двух этапов. На первом этапе происходит размыв грунта водовоздушной струей для образования полостей. Второй этап предполагает заполнение полученных полостей цементно-песчаным раствором. Основным достоинством этого варианта является получение колонн, состоящих из чистого цементного раствора. К недостаткам относим сложность схемы, необходимость использования тройных штанг, а также другого дополнительного технологического оборудования. В результате возможны сваи диаметром 2,5 м. Технологическое оборудование, необходимое для данного метода, состоит из миксерной станции, цементировочного насоса высокого давления, силоса для хранения цемента и буровой установки. Для технологии Jet 2 дополнительно необходим компрессор, а для технологии Jet 3 – компрессор и второй насос для нагнетания цемента.

В каждом отдельном случае выбор того или иного метода индивидуален. Необходимо проанализировать его с разных сторон – будь то область применения, экономические составляющие или преимущества и недостатки. Кроме того, различные методы могут быть объединены, чтобы справиться с большим диапазоном ситуаций.

Вывод

Несмотря на то, что глина является малонадёжным грунтом, его можно использовать в качестве основания для фундаментов разной сложности. Современные технологии и методы укрепления грунтов приводят к увеличению энергоэффективности, снижению затрат и позволяют решать сложные инженерные задачи.

Библиографический список

«Специальные способы строительства выработок» Ю. А. Пшеничный. – Донецк: ДОННТУ, 2018. – 209 с.
http://www.bkdelta.by/ru/technologies/cementaciya-gruntov-jet-grouting
Клевеко В.И., Пикулева В.О. Применение технологии «Jet-grouting» на примере искусственного водопонижения подземного резервуара в г.Краснодар [Электронный ресурс] http://technology.snauka.ru/2017/05/13327
Патент №2656656 «Способ объемной цементации грунтов» Золотухин С.Н., Абраменко А.А., Кукина О.Б., Вязов А.Ю., Лобосок А.С.
Патент №2641356 «Конструкция фундаментной плиты с регулируемыми усилиями» Иконин С.В., Сухотерин А.В.

Количество просмотров публикации: Please wait

Все статьи автора «Прокопов А.Б.»

Источник

Во время реконструкции или строительства зданий часто возникает проблема слабого грунта. Узнаем о различных методах его укрепления грунта.

При реконструкции зданий и строительстве новых сооружений часто возникает проблема слабого грунта. Такое основание может не выдержать нагрузок от постройки. Сегодня в нашей статье речь пойдёт о различных методах его укрепления.

Укрепление грунта

Механический метод
Укрепление железобетонными сваями
Грунтовые сваи
Устройство грунтовых подушек, трамбовка/вибрация, замена грунта
Цементация и инъекции
Механическое перемешивание грунта с цементно-песчаным раствором (цементация)
Струйная цементация
Укрепление грунта по плоскости (дорожное строительство)
Смешивание с природными гранулами
Смешивание с минеральными вяжущими
Смешивание грунта с органическими вяжущими
Осушение грунтов
Термическое закрепление или обжиг
Химический метод — смешивание грунта с химрастворами
Электрический метод
Электрохимический способ
Армирование
Георешётка
Геотекстиль
Геосетка

Засев травойГрунт — это слой, который воспринимает на себя сумму всех нагрузок от сооружения. Условно все грунты можно разделить на стабильные и нестабильные. Стабильный — достаточно плотный и сухой для того, чтобы без специальной подготовки выдержать нагрузки от фундамента или дороги. Нестабильный требует предварительных работ по осушению и уплотнению.

Механический метод

Подразумевает под собой внедрение отдельных высокопрочных изделий (свай) или материалов (грунт, щебень), а также уплотнение без изменения структуры (трамбовка/вибрирование).

Укрепление железобетонными сваями

Смысл заключается в том, что длинная свая проходит слой слабого грунта и упирается в более плотный. Нагрузка передаётся по свае вертикально. Также она удерживается за счёт трения грунта о поверхность сваи. По методу погружения сваи бывают набивные (забиваются в грунт с предварительным бурением или без), буронабивные (жидкий бетон заливается в обсадную трубу, погружённую в грунт) и сваи вдавливания (погружаются специальной машиной-домкратом). Метод требует применения громоздкого и дорогостоящего оборудования и большой стройплощадки.

Грунтовые сваи

В заранее пробуренное отверстие засыпается подготовленная смесь из гранулометрического заполнителя разных фракций. Трамбуется послойно. Эффект сравним с ж/б сваями, но гораздо дешевле и экологичнее.

Устройство грунтовых подушек, трамбовка/вибрация, замена грунта

Используют при сравнительно небольшой требуемой толщине слоя заданных свойств. Производится трамбовка катками (кулачковыми и гладкими), виброплитами и прочим оборудованием с вибрацией или без. Пылеватые пески трамбуют с водой. Метод оптимален при строительстве аэродромов, дорог и других объектов большой площади. При невозможности применения метода слой слабого грунта извлекают и заменяют на более прочный.

Цементация и инъекции

Суть сводится к приданию грунту желаемых свойств за счёт добавления в его состав цемента.

Механическое перемешивание грунта с цементно-песчаным раствором (цементация)

Применяют специальный шнековый бур с полой штангой, имеющей отверстия по длине. Через них подаётся цементный раствор одновременно с работой шнека, и происходит его перемешивание с грунтом. Метод сравнительно дешёвый и проверенный. Применяется в основном во влажных грунтах.

Струйная цементация

Отдельно стоит отметить современный подход к классике: струйную цементацию. Цементный раствор подаётся по трубе под очень высоким давлением, одновременно пробивая место для инъекции и смешиваясь с грунтом. Требует применения специальной техники.

Механическая и струйная цементация вполне применимы для усиления грунтов, на которых уже стоят здания, даже в стеснённых условиях. Для этого используют компактные установки для инъекций (так называемые джет-сваи). Их можно вводить как вертикально, так и под углом. Работы проводятся быстро, относительно бесшумно и подходят для городских улиц.

Укрепление грунта по плоскости (дорожное строительство)

При строительстве сплошных покрытий применяют комбинированные методы укрепления грунтов. Из-за своей протяжённости по местности такие объекты могут охватывать значительные территории, и, соответственно, различный состав основания. Приведённые ниже способы всегда используют в сочетании с механическим укреплением.

Смешивание с природными гранулами

Изменение свойств при помощи добавления гранулометрического или иного заполнителя. В зависимости от состояния грунта для его стабилизации применяют разные природные материалы: щебень, гравий, песок, глину, суглинки. Метод сравнительно дешёвый и экологичный, не требует химических компонентов. Перемешивание происходит в специальном шнековом бункере.

Смешивание с минеральными вяжущими

Известкование — метод, известный с давних времён. Уменьшает пластичность и липкость глинистых грунтов, делает их более стойкими к размоканию. Из недостатков — низкая морозостойкость. Используют при подготовке основных (нижних) слоёв дорог.

Смешивание грунта с органическими вяжущими

По принципу не отличается от описанных выше. В качестве добавки используют различные смолы, битумы, дёгти твёрдые и жидкие эмульсии. Эффект и область применения также примерно совпадают. Из особенностей стоит отметить высокую стоимость органического материала (или его синтетического заменителя) и агрессивность этих компонентов по отношению к природной среде. Поэтому данный метод сегодня практически не применяют.

Из трёх описанных технологий на практике самостоятельно можно применить первые два. Легкодоступные и относительно недорогие компоненты и элементарная технология перемешивания делают их востребованными и сегодня. Вполне реально укрепить участок грунтовой дороги или придворовую территорию при помощи обычного мотокультиватора.

Осушение грунтов

Одним из основных факторов слабости грунтов является наличие в их составе воды. Удаление влаги из них приводит к значительному уплотнению и устранению текучести.

Термическое закрепление или обжиг

Эффективно для грунтов с содержанием глины. В пробуренную скважину погружается перфорированная труба из жаропрочной стали. Затем по ней подаются разогретые газы (горячий воздух). Лишняя влага испаряется, а в глине происходит эффект запекания. Особенность данного метода: для разогрева газов можно использовать местное топливо: уголь, дрова.

Химический метод — смешивание грунта с химрастворами

Самый распространённый из них — силикатирование (силикатизация). Очень «широкий» метод, заключается в добавлении в состав грунта жидкого стекла и его растворов. Его нагнетают по заранее проложенным трубам, которые затем извлекают. В результате такой подготовки грунт окаменевает. Недостатки — всё та же низкая морозостойкость, быстрое твердение материала, ограниченная область применения. В зависимости от состава самого грунта, подбирают и химреагенты раствора для работы.

Электрический метод

В этом случае используют явление электроосмоса. Происходит движение воды от «плюса» к «минусу». Эффективен для обезвоживания грунтов.

Схема установки для обезвоживания грунтов методом электроосмоса: 1 — скважина с вставленным в неё металлическим фильтром; 2 — глубинный насос; 3 — генератор постоянного тока; 4 — металлический стержень

Электрохимический способ

Применение электроосмоса с добавлением химрастворов в заранее просчитанные области поля. Это делается для облегчения прохода воды сквозь слои и придания движению нужного направления. Энергоёмкий процесс, требующий значительных затрат элекроэнергии.

При достаточном уровне знаний и наличии необходимых элементов, электроосмос возможно собрать в домашних условиях. Подробные инструкции по сборке содержатся в технических справочниках. Электроосмос также применяют в качестве постоянного водоотвода фундаментов.

Армирование

При устройстве откосов, оформлении берегов и создании ландшафтов часто используют современный метод: армирование полимерными конструктивными элементами. Он эффективен как на ровных горизонтальных поверхностях (дороги, пешеходные дорожки), так и при наличии наклона.

Георешётка

Как правило, это трёхмерная конструкция, состоящая из полимерных перфорированных лент. Очень прочная сотовая конструкция позволяет удерживать движение во всех плоскостях. В соты просто засыпается любой мелкий заполнитель или местный грунт. Не требует трамбовки, уплотнение производится проливом воды. Толщина слоя 10–25 см.

Геотекстиль

Применяют при устройстве многослойных подготовок. Это многослойное полимерное полотно, по сути дела, высокопрочный фильтр. Он пропускает воду, но не позволяет слоям смешиваться. В то же время, обладая изрядной прочностью, он распределяет нагрузку между слоями. Область применения геотекстиля: дорожное строительство, сельское и городское хозяйство.

Геосетка

Воспринимает растягивающие нагрузки. В грунтах применяется редко, используется в качестве арматуры тонкого слоя и в сочетании с другими полимерными материалами.

Засев травой

Декоративный способ укрепления откосов от осыпания (крутизна не более 1:1,5). Траву высевают на уплотнённые механическим способом не затапливаемые откосы. Предотвращает размывы и эрозию.

На приусадебном участке армировочным элементам цены нет. С их помощью становится возможным создание самых фантастических ландшафтных конструкций. Они также позволяют создавать (привозные) плодородные слои для растений.

Источник