Устройство искусственного основания под фундаменты

Искусственные основания. Классификация. Методы устройства

К искусственному основанию прибегают в случаях, когда грунт слабый и проектировать фундамент на естественном основании не представляется возможным, а применять сваи или фундаменты глубокого заложения нецелесообразно по технико-экономическим соображениям.

Работу грунтов улучшают конструктивными методами, а их свойства — уплотнением и закреплением.

Улучшение свойств слабых грунтов достигается: уплотнением — путём сближения частиц механическими или физическими воздействиями, то есть увеличение массы грунта в единице объёма. закреплением, когда различными физико-химическими средствами повышают структурную прочность на контактах частиц грунта природного сложения или заполняют паровое прострунство между ними каким либо вяжущим материалом; переработкой с уплотнением или с укреплением.

В соответствии с этим все методы устройства искусственных оснований можно разбить на три группы:

1) механическое изменение свойств грунтов основания (укатка, трамбование, гидровиброуплотнение и т д );

2) полная или частичная замена грунтов основания или их переработка (грунтовые подушки, грунтовые сваи, грунтовые покрытия под дороги, аэродромы и т д);

3) физико-химическое улучшение свойств грунтов основания (уплотнениение водопонижением, замачивание лёссовых грунтов, силикатизация, цементация, электроукрепление и т д )

Выбор метода устройства искусственного основания решают в каждом конкретном случае на основе технико-экономического сравнения в зависимости от следующих факторов: физико-механических свойств грунтов; конструкции сооружения; наличия специализированного технологического оборудования.

К методам устройства искусственно улучшенных оснований с уплотнением грунта относят также сооружение фундаментов в вытрамбованных котлованах.

Выбор метода улучшения работы и свойств грунтов в основании в значительной степени зависит от характера напластования и свойств грунтов, интенсивности передаваемых нагрузок, особенностей сооружения и возможностей строительной организации.

Устройство грунтовых подушек. При действии на грунт внешней местной равномерно распределенной нагрузки наибольшие нормальные напряжения возникают в нем непосредственно под местом ее приложения. С глубиной и в стороны от площади загружения напряжения быстро уменьшаются вслед­ствие рассеяния в окружающем грунте. Зоны сдвигов возникают под краями фундаментов и затем развиваются в глубину и частично в стороны. Если в пределах области возможных значительных уплотнений и зон сдвигов заменить слабый грунт на малосжимаемый с относительно высоким сопротивлением сдвигу, можно существенно улучшить ра­боту грунтов в основании. Примером такого решения является устройство под фундаментами подушек (рис.) песчаных или из иного материала (гравия, щебня, шлака, отходов различ­ных производств), К материалу, применяемому для подушек, предъявляются следующие требования: удобоукладываемость с заданной плотностью, малая сжимаемость, относительно высо­кое сопротивление сдвигу, устойчивость его скелета при движе­нии грунтовых вод.

Песок в подушке должен быть уплотнен, так как, если он будет находиться в рыхлом или близком к рыхлому состоянию, возможна его осадка в результате динамических воздействий, а также замачивания. По этой причине не допускается укладка в подушку мерзлого песка, не поддающегося уплотнению. При большой стоимости пески для устройства подушек иног­да используют местные грунты, поддающиеся уплотнению. Выше уровня подземных вод можно применять супеси, суглинки и даже глины. В подушку эти грунты укладывают при оптималь­ной влажности с тщательным контролем за однородностью их состава и степенью их уплотнения.

Поверхностное уплотнение грунтов. Производя удары трамбовкой по дну котлована, можно уплотнить грунты некоторых видов и тем самым существенно улучшить их качество. К таким грунтам относятся ненасыщен­ные водой пылевато-глинистые грунты (с коэффициентом водонасыщенности S_r — по СНиПу со степенью влажности — менее 0,7> и независимо от степени насыщения водой крупнообломочные и песчаные грунты. Толщина слоя уплотняемого грунта за­висит от интенсивности воздействия применяемой трамбовки или катка и свойств грунта. Грунты уплотняются до плотности сложения, при которой они обладают деформативностью не выше заданной и требуемой прочностью. Уплотнение грунта достигается многократной про­ходкой катков (обычно 6. 8 раз) или ударами трамбовки до 8 раз по одному месту.

Глубинное уплотнение грунтов динамическими воздействиями. Для уплотнения насыщенных водой песчаных грунтов применяют глубинное вибрирование. Виброуплотнение песков можно производить двумя способами: погружением вибратора (вибробулавы) в песок аналогично погружению вибробулавы в бетонную смесь или погружением в грунт стерж­ня с прикрепленным к его голове вибропогружателем. В этом и другом случае колебательные движения передаются песку, который сначала частично или полностью разжижается, а затем постепенно уплотняется.

Вибробулавы обычно используют для уплотнения слоя песка толщиной от 1 до 10 м. В целях ускорения работ на специаль­ной раме укрепляют куст вибраторов, погружая и извлекая его из грунта с помощью крапа. При необходимости уплотнения слоя песка толщиной 5. 20 м можно применять вибропогружатель, который крепится к труб­чатому стержню.

Взрывами уплотняют толщи просадочных лёссовых грунтов. Для этого грунты предварительно замачивают через фильтрующие или сов­мещенные скважины. Затем в скважины устанавливают заряды в трубках и производят ряд взрывов, следующих один за дру­гим через несколько секунд. Уплотненный таким образом лёссо­вый грунт теряет просадочные свойства и может быть использован в качестве естественного основания сооружении.

Уплотнение грунта статической нагрузкой. Рассмотренными выше способами невозможно эффективно уплотнить слабые, насыщенные водой пылевато-глинистые грунты (илы, очень пористые глины и суглинки, находя­щиеся в текучем и текучепластичном состоянии) и торфы, так как они обладают малой водопроницаемостью, а их уплотнение связано с выдавливанием поды из пор грунта. Для уплотнения таких грунтов используют статическую нагрузку в виде насыпи. При этом для ускорения процесса уплотнения устраивают дрены (рис.а). Давление по подошве насыпи должно быть больше давления от проектируемого сооружения в пределах площади застройки. Обычно насыпь отсыпают послойно, так как выполнение се сразу на необходимую высоту может привести к потере устой­чивости слабых грунтов в ее основании.

Вертикальные дрены делают песчаными, из специального пористого картона или из пластмассовой ленты в бумажном кожухе (рис.6). Песчаные дрены изготовляют аналогично песчаным сваям, но располагают значительно реже — обычно че­рез 2. 4 м. Картонные и пластмассовые дрены обычно вдавливают в грунт.

Уплотнение грунта водопонижением. Слабые пылевато-глинистые грунты, которые способны отдавать воду из пор (илы, ленточные глины, заторфованные супеси и др.), можно уплотнить, понижая уровень подземных вод, например, путем откачки воды из скважин-фильтров. Пони­жение уровня подземных вод приводит к снятию выталкиваю­щего давления воды, что вызывает в скелете грунта значитель­ное повышение напряжений, действие которых на грунт будет аналогичным действию внешней нагрузки. Отжимаемая в про­цессе уплотнения вода откачивается из скважин-фильтров.

Слабо фильтрующие пылевато-глинистые грунты во многих случаях не отдают воду. Тогда для их уплотнения прибегают к использованию электроосмоса. Для этого в грунт погружают электроды и пропускают через них постоянный электрический ток. По мере прохождения тока поровая вода концентрируется у катода. Катод делается в виде иглофильтра (рис). Из группы иглофильтров вода откачивается вихревыми насосами. Таким образом, пылевато-глинистый грунт уплотняется как вследствие понижения уровня подземных вод и увеличения на­пряжений в скелете грунта, так и благодаря уменьшению влаж­ности грунта в результате движения поровой воды к катодам. При использовании электроосмоса грунт уплотняется доста­точно быстро и только в пределах необходимой площади. Кроме того, увеличивается прочность этого грунта, т. е. он закрепляется, при этом улучшаются его строительные качества.

Электрохимическое закрепление. Однорастворный метод силикатизации, применим только в грунтах е коэффициентом фильтрации более 0,1. 0,2 м/сут. Слабые грунты (илы, глины и суглинки, находящиеся в текучем и текучепластичном состоянии), как правило, имеют коэффи­циент фильтрации меньше указанных величин. Чтобы ввести растворы силиката натрия и хлористого кальция, через такие грунты пропускают постоянный электрический ток. При пропу­скании тока в грунтах развивается электроосмос — движение воды, находящейся в порах, от анода к катоду. Используя это явление, через перфорированный анод вводят в грунты химиче­ские вещества, в т. ч. последовательно раствор силиката нат­рия и хлористого кальция. Введение этих химических веществ позволяет закрепить грунты с коэффициентом фильтрации 0,1. 0,005 м/сут (пылеватые пески, супеси и легкие суглинки).

Смолизация. Растворы синтетических смол, способных твердеть в грунтах, можно нагнетать в поры грунта. После твердения смол грунт превращается в достаточно твердое тело. В качестве вяжущего вещества в настоящее время широко применяют карбамидную смолу с отвердителями.

Карбамидную смолу используют для омоноличивания мелких и пылеватых песков с коэффициентом фильтрации 0,5. 5 м/сут, а также для закрепления лёссовых грунтов. В качестве отвердителя используют, в частности, раствор соляной кислоты, соединяя с ним раствор корбамидной смолы непосредственно перед инъецированном. Иногда в грунт предварительно нагнетают раствор соляной кислоты 3. 5 %-ной концентрации.

К настоящее время известно несколько видов синтетических смол (фенолъные, фурановые и др.), которые можно использовать, для закрепления грунтов, в т. ч. получаемые из отходов производства. Для закрепления супесей и суглинков начинают также применять электросмолизацию.

Битумизация и глинизация. Оба эти метода используются для уменьшения водопро­ницаемости грунтов.

Битумизацию применяют для снижения водопроницаемости трещиноватой скальной породы. При этом в скважины нагне­тают расплавленный битум или битумную эмульсию с коагулян­том. Битум тампонирует полости и трещины в грунте, фильтра­ция воды прекращается или сильно снижается.

Глинизацию применяют для уменьшения водопроницаемости песков. Нагнетание глинистой суспензии в сравнительно тонкие поры песков приводит к выпадению в них глинистых частиц — к заилению песков. В результате коэффициент фильтрации песков уменьшается на несколько порядков.

Источник

Устройство искусственного основания под фундаменты

КАЧЕСТВЕННО

БЫСТРО

SEO оптимизация

адаптивная верстка

Ремонт в регионах

При устройстве искусственных оснований, необходимо обеспечить уплотнение грунта и песчаную подушку

Искусственные основания

Искусственные основания устраиваются при слабых грунтах с расчетным сопротивлением R= 0,75 — 1,25 кг/см% или при больших нагрузках на подошву фундамента. В малоэтажном и гражданском строительстве при слабых грунтах и небольших нагрузках обычно ограничиваются уплотнением грунта на глубину 1,5—2,0 м или устройством песчаной подушки, размеры которой определяются расчетом. При больших нагрузках на подошву фундамента применяются свайные основания, опусктные колодцы, цементация и силикатизация грунтов основания.

Механическое уплотнение грунта

Механическое уплотнение состоит в том, что в грунт на расстоянии 0,8 — 1,0 м друг от друга и на глубину 1,5 — 2,0 м забиваются конические деревянные сваи. При забивке сваи раскачиваются, а затем извлекаются из грунта. В образовавшиеся в грунте скважины затрамбовывается местный увлажненный грунт, песок или тощий бетон. При этом, в зависимости от степени уплотнения грунта, увеличивается расчетное сопротивление на основание. Забиваются сваи сначала по периметру площадки.

Песчаные подушки

Когда залегающие непосредственно под подошвой фундамента грунты слабые, рыхлые с малым расчетным сопротивлением (1,0 — 1,2 кг/см2) не могут служить естественным основанием под фундамент, в качестве основания применяются песчаные подушки. В этом случае слабые грунты под. подошвой удаляются на глубину, определяемую расчетом, а образовавшийся котлован заполняют крупно- или среднезернистым песком или гравелистым грунтом, обладающими малой сжимаемостью и допускающими давление в 2 — 2,5 кг 1см2 (в зависимости от крупности зерен и степени уплотнения).

Песчаные подушки работают так же, как и рассмотренные выше грунты основания

1. Давление в грунтах основания быстро уменьшается по мере удаления от подошвы (источника сжатия), достигая в ленточных фундаментах 55% от среднего давления под подошвой на глубине, равной ширине фундамента, и 30% на глубине, равной двойной ширине подошвы.
   В прямоугольных в плане фундаментах падение давления происходит еще интенсивнее.
2. Частицы грунта под подошвой, испытывающие одинаковое давление, лежат на плавных кривых — изобарах

Пользуясь указанными свойствами грунтов, поперечное сечение песчаных подушек может быть принято по кривой изобар. Размеры подушек должны быть такими, чтобы давления, возникающие по кривой, были равны или меньше расчетного сопротивления на слабый (заменяемый) грунт.

Свойство уменьшения давления в грунтах по мере удаления от источника сжатия используется также при определении ширины подошвы Фундамента в тех случаях, когда подстилающий слой слабее несущего. На практике для упрощения формы очертание подушки (в разрезе) принимается не по кривой равных давлений, а по объемлющей ломаной, как показано на рис. 1 справа.

Отсыпка песчаной подушки производится слоями толщиной 15 — 20 см с тщательной трамбовкой и поливкой водой. Ширина подушки понизу обычно принимается равной ширине подошвы фундамента с небольшим уширением (на 20—25 см) вверху подушки, учитывая, что изобары давлений, соответствующие 50 — 55% от средних давлений под подошвой, обычно не выходят из пределов ширины подошвы фундаментов.

Источник