Способы устройства фундаментов в условиях лессовых грунтов

Обновлено: 27.04.2024

ЛЕССОВЫЕ ГРУНТЫ / ОСАДКА ГРУНТОВ ПРИРОДНОГО СОСТОЯНИЯ / ПРОСАДКА ГРУНТОВ ПРИ ЗАМАЧИВАНИИ / МАКРОПОРЫ / MACROPORES / РАСЧЕТ ПО ВТОРОЙ ГРУППЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ / CHANGES OF CALCULATION LIMIT DESIGN / КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ НА ЛЕССОВЫХ ПОРОДАХ / LOESS / YEALDING OF BASE / CONTRACTIONS / CLASSICAL STRUCTURAL SCHEMES OF CONSOLIDATION OF THE LOESS / MANUFACTURED PLANE ELEMENT / STRUCTURAL SCHEME OF REDUCTION SETTLEMENT

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Исакова Е.А., Клевеко В.И.

Рассмотрены особенности проектирования фундаментов на просадочных (лессовых) грунтах, а именно специфичность расчета по II группе предельных состояний и изменения расчетных положений в новом СП 22.133330.2011 актуализированной редакции СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений». На сегодня расчет лессового грунта не совершенен, он не учитывает размера пор, скорости просадок, ее неравномерности и пр. Эту проблему необходимо решать путем использования сложных расчетных комплексов. Также в качестве компенсации этого недостатка актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83 ужесточила требования к расчету по просадке. Это является положительным фактором, частично компенсирует не учитываемые в методиках расчета размеры макропор ; характер замачивания с динамикой развития деформаций. Такое ужесточение положений приведет к снижению риска появления недопустимых деформаций и аварий при эксплуатации зданий. Рассмотрены классические конструктивные решения устройства фундаментов и предложена новая конструктивная схема усиления лессового основания. К классическим способам относятся предварительное увлажнение и уплотнение тяжелой трамбовкой лесса под фундаментом, устройство грунтовых подушек, устройство забивных свай, прорезающих просадочную толщу и др. Помимо классических способов, в качестве нового конструктивного решения усиления основания, сложенного лессовыми грунтами , предлагается устройство искусственного геомассива состава смола-песок.

Features of engineering foundations on subsiding soil

Loess there are all over the world. In Russia Federation expert personnel of Barnaul and Volgograd research physical characteristics and deformation properties of this soil very actively. That’s why loess to be well represented in Barnaul and Volgograd. Also expert personnel of Uzbekistan research physical characteristics and deformation properties of loess . In this article we can see features of engineering of foundations on subsiding soil ( loess ). Also we can see specificity of calculation limit design and changes of calculation limit design . There are gaps in the calculation of limit design when we are counting yielding of loess . Calculation of limit design ignore pore size, rate of settlement, relative settlement and other. This problem needs to be solved by use of difficult settlement complexes. Also revised edition SNiP 2.02.01-83 the book contains the toughened requirements. It is positive factor because it is compensates ignoring of the size of macropore, ignoring of the soaking soil and other. The toughened requirements give risk reduction of limit deformation. Accidents won't happen. In this article we can see classical structural schemes of consolidation of the loess are showed. A new structural of reduction settlement scheme is showed. Classical structural schemes are tamping by a pneumatic ram, device of soil bedding. Also we can see a new structural of reduction settlement scheme. This is manufactured plane element what contains a resin.

Текст научной работы на тему «Особенности расчета и конструирования фундаментов на просадочных грунтах»

2015 Строительство и архитектура № 3

DOI: 10.15593/2224-9826/2015.3.05 УДК 624.159

Е.А. Исакова, В.И. Клевеко

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА И КОНСТРУИРОВАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ НА ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТАХ

На сегодня расчет лессового грунта не совершенен, он не учитывает размера пор, скорости просадок, ее неравномерности и пр. Эту проблему необходимо решать путем использования сложных расчетных комплексов. Также в качестве компенсации этого недостатка актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83 ужесточила требования к расчету по просадке. Это является положительным фактором, частично компенсирует не учитываемые в методиках расчета размеры макропор; характер замачивания с динамикой развития деформаций. Такое ужесточение положений приведет к снижению риска появления недопустимых деформаций и аварий при эксплуатации зданий.

Рассмотрены классические конструктивные решения устройства фундаментов и предложена новая конструктивная схема усиления лессового основания. К классическим способам относятся предварительное увлажнение и уплотнение тяжелой трамбовкой лесса под фундаментом, устройство грунтовых подушек, устройство забивных свай, прорезающих просадочную толщу и др. Помимо классических способов, в качестве нового конструктивного решения усиления основания, сложенного лессовыми грунтами, предлагается устройство искусственного геомассива состава смола-песок.

Ключевые слова: лессовые грунты, осадка грунтов природного состояния, просадка грунтов при замачивании, макропоры, расчет по второй группе предельных состояний, конструктивные решения фундаментов на лессовых породах.

E.A. Isakova, V.I. Kleveko

Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation

FEATURES OF ENGINEERING FOUNDATIONS ON SUBSIDING SOIL

In this article we can see features of engineering of foundations on subsiding soil (loess). Also we can see specificity of calculation limit design and changes of calculation limit design.

There are gaps in the calculation of limit design when we are counting yielding of loess. Calculation of limit design ignore pore size, rate of settlement, relative settlement and other. This problem needs to be solved by use of difficult settlement complexes. Also revised edition SNiP 2.02.01-83 the book contains the toughened requirements. It is positive factor because it is compensates ignoring of the size of macropore, ignoring of the soaking soil and other. The toughened requirements give risk reduction of limit deformation. Accidents won't happen.

In this article we can see classical structural schemes of consolidation of the loess are showed. A new structural of reduction settlement scheme is showed. Classical structural schemes are tamping by a pneumatic ram, device of soil bedding. Also we can see a new structural of reduction settlement scheme. This is manufactured plane element what contains a resin.

Keywords: Loess, yealding of base, contractions, macropores, changes of calculation limit design, classical structural schemes of consolidation of the loess, manufactured plane element, structural scheme of reduction settlement.

Просадочным называется грунт, который под действием внешних факторов (замачивания, внешней нагрузки и/или нагрузки от собственного веса) изменяет свою структуру и перемещается в вертикальном направлении. К ним относятся лессовые грунты (лессы), а также лессовидные суглинки [1].

Лессовые породы распространены по всему миру. Активно вопросами просадочных лессовых грунтов занимаются в Российской Федерации специалисты Барнаула и Волгограда, что связано с широким распространением лесса на этих территориях. Также изучению лессовых грунтов уделяется внимание в Узбекистане.

Несмотря на то, что термин «лесс» (нем. Löß) впервые введен в начале 1820-х гг. и с тех пор его физические и деформационные свойства активно исследуются, проблема лессовых пород не исчерпана на сегодняшний день. Во-первых, вопросом активных исследований до сих пор является происхождение породы. Во-вторых, ввиду просадоч-ности, специалисты в области геологии и строительства активно изучают вопросы проектирования оснований и фундаментов на толщах, образованных лессовыми грунтами, что является очень серьезной проблемой. Так, например, в г. Барнауле при поднятии уровня грунтовых вод произошли просадки лесса и деформации несущих конструкций зданий [2]. Просадка толщи возможна даже до 2,5 м.

Стоит отметить, что на данный момент имеются недостатки расчетных моделей лессового грунта [3]: методика, определенная строительными нормами и правилами, сводами правил и учебно-методической литературой, не учитывает расположения макропор и несхоже-

сти их размеров, а также характер изменения структуры грунта при просадке.

Отмеченное выше, а также тот факт, что устройство фундаментов на лессовых грунтах по сравнению с грунтами без специфических свойств приводит к удорожанию производства работ практически на 50 %, оставляет вопрос о проектировании фундаментов и оснований при наличии толщи лессовых пород открытым и актуальным [4, 5].

Механизм просадки лесса представлен на рис. 1. Грунт увлажняется, вода размягчает и растворяет кристаллизационные связи и вызывает расклинивающее напряжение пленочной воды. Это снижает прочность связей между частицами, грунт под давлением уплотняется - макропоры уменьшаются, происходит вертикальное перемещение.

Лессовые грунты по проявлению просадочных свойств делятся на два типа - I и II [3] в соответствии с рис. 2.

При проектировании фундаментов на лессовых породах существует два основных направления, особенности которых необходимо учитывать:

Направление № 1. Исключение недопустимых осадок при расчете фундаментов по II группе предельных состояний.

Направление № 2. Конструктивные мероприятия по исключению (ограничению) просадок.

Рис. 1. Схема просадки лессового грунта

Рис. 2. Типы проявления просадки лессового грунта

В рамках первого направления производится расчет оснований и фундаментов с учетом суммарной осадки грунтов природного состояния и просадки при воздействии влаги. В рамках второго направления исключают или сохраняют просадочные свойства основания конструктивными методами [1]. Сохранение просадочных свойств лесса ограничено в применении в связи с опасностью просадок и используется при надлежащем обосновании, чем может служить строительство малоэтажных зданий индивидуальной застройки при весомой сметной стоимости мероприятий, направленных на исключение проса-дочности лесса. При этом необходимо сохранять природный рельеф рядом со зданием, проектировать отмостку по всему периметру шириной более 2 м с уклоном в сторону железобетонных лотков, а под подземными трубопроводами канализации и водоснабжения устраивать непроницаемые для воды лоточки с отводом воды от просадочной толщи.

Расчет оснований по II группе предельных состояний, в отличие от грунтов без специфических свойств, ведется с учетом осадок 5р грунтов природного состояния и просадок ssl грунтов при замачивании в соответствии с рис. 3.

Расчет производится из условия непревышения суммарной деформации допустимого значения:

Все формулы определения осадок приведены в разделах 5 и 6 актуализированной версии СНиП «Основания зданий и сооружений». В сравнении с разделом 3 СНиП 2.02.01-83* в разд. 6.1. СП 22.13330.2011 расчеты оснований, образованных лессовыми породами, претерпели некоторые изменения. Так, например, из перечня основных параметров, характеризующих лессы (а именно: е^ -

относительная просадочность и psl - начальное просадочное давление), была исключена минимальная влажность wsl, при которой происходит просадка.

Рис. 3. Схема расчета оснований по деформациям для не специфических грунтов и лессовых грунтов

Вероятно, это произошло из-за исключения из актуализированной версии деления относительной просадочности основания в зависимости от полного £¡1 и неполного водонасыщения грунта, а также

исключения формулы расчета относительной просадочности грунта при его неполном водонасыщении. СП 22.13330.2011 приводит единую формулу для определения £з/. Это упрощает вариации расчета и обеспечивает надежность при проектировании основания, исключая ошибку неверного определения грунта как не полностью водонасы-щенного.

Также актуализированной версией и СНиП определены факторы, которые учитываются при проектировании оснований, сложенных толщей лесса. Это просадки верхней зоны от внешней нагрузки ¡¡/,р, просадки нижней зоны от собственного веса грунта ¡¡/,ч, а также неравномерность просадки грунтов Дя5/ и его горизонтальное перемещение Пй. Помимо этих факторов, в СП были включены потеря устойчивости откосов, дополнительные нагрузки от образования в толще «водного купола» и добавочные осадки подстилающих лесс грунтов.

Все это является немаловажным и влияет на значения суммарной осадки при расчете оснований.

Расчетное сопротивление грунта основания определяется в зависимости от возможности/невозможности замачивания, причем в актуализированной версии приводится пояснение коэффициентов условий работы при его определении - они принимаются как для глинистых грунтов с соответствующим показателем текучести. Коэффициент условий работы с ориентацией на глинистые грунты не случаен - лесс по гранулометрическому составу является суглинком.

Важно отметить, что оба норматива устанавливают требование, в соответствии с которым, при условии, что напряжения на грунт от внешней нагрузки и собственного веса не более начального просадоч-ного давления, а лесс по характеру проявления просадочности относится к I типу, расчет с учетом просадки не производится. Причем если относительная просадочность слоев менее 0,01, то расчет также не производится.

Положительным моментом является то, что в СП разработали границы определения присадочной толщи Из1 и методику ее деления на отдельные слои.

В актуализированную версию не включено требование п. 3.12 СНиП, в соответствии с которым для грунтов I типа просадочности допускается устранять просадочность только на 2/3 всей толщи при значении просадки и ее неравномерности, не превышающей 1/3 предельно допустимых значений. Это ужесточает расчет и дает запас деформационных свойств.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что в актуализированной редакции СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» ужесточены требования к расчету по просадке. Это является положительным фактором и частично компенсирует не учитываемые в методиках расчета размеры макропор; характер замачивания с динамикой развития деформаций. При этом если учитывать вступившее в силу Постановление РФ от 26 декабря 2014 г. № 1512 , которое утверждает обязательность выполнения требований разделов 5 и 6 СП 22.133330.2011 при расчетах, такое ужесточение положений приведет к снижению риска появления недопустимых деформаций и аварий при эксплуатации зданий.

Кардинального изменения расчета в утвержденном своде правил не произошло, но ряд положений, который приведен выше, изменился или был аннулирован. Учебная литература, которая существует на сегодняшний день, описывает старую методику расчета, при этом условные обозначения влияющих на просадку факторов и расчетных значений с нормативной литературой сильно расходятся, поэтому проектировщики, инженеры, а также будущие специалисты и бакалавры при расчете лессовых грунтов оснований должны обязательно пользоваться нормативной литературой.

Второе и немаловажное направление при проектировании фундаментов на лессовых породах - это выбор рациональной конструктивной схемы фундаментов и искусственно улучшенных оснований.

Классические схемы устранения просадочных свойств основания (уменьшения) в соответствии с учебной и нормативно-технической литературой в зависимости от типа просадочности приведены в таблице.

Помимо классических способов 7, в качестве нового конструктивного решения усиления основания, сложенного лессовыми грунтами, предлагается устройство искусственного геомассива состава смола - песок. Подробное описание модели и характера ее работы в условиях песчаного основания изложено в статье [10]. В ходе проведения эксперимента с использованием геомассива на песчаном уплотненном основании была получена зависимость «давление Р, кПа -осадка £, мм», которая наглядно демонстрирует, что осадка усиленного основания примерно в 2 раза меньше, чем основания без элементов усиления. Массив представляет собой выполненную по методу смоли-зации горизонтальную инъекцию раствора смолы с отвердителем путем смешения его с грунтом под фундаментом. При этом выступ геомассива по ширине подошвы ленточного фундамента по обеим сторонам равен ширине подошвы. Расстояние от подошвы до верха «смолизированного» геомассива грунта составляет 0,15 от ширины подошвы фундамента. Поскольку метод смолизации распространяется на лессовые, песчаные и скальные грунты, предполагается, что данное конструктивное решение позволит ограничить и снизить осадки фундаментов, опирающихся на толщу просадочного грунта. Схема усиления приведена на рис. 4.

Конструктивные решения проектирования фундаментов на лессовых грунтах

I тип по просадочности

Предварительно увлажненный, уплотненный тяжелой трамбовкой лесс под фундаментом

Лессовые грунты относятся к категории глинистых, но обособлены в один тип с просадочными грунтами.

Особенность лессового грунта – наличие пылевых частиц, слабо скрепленных между собой.

Они занимают 70-90% от общего объема.

Также в составе грунта присутствует гипс, известь и другие элементы.

Особенности лессовых и лессовидных грунтов

Лессовые грунты относятся к категории глинистых, но обособлены в один тип с просадочными грунтами. Особенность лессового грунта – наличие пылевых частиц, слабо скрепленных между собой. Они занимают 70-90% от общего объема. Также в составе грунта присутствует гипс, известь и другие элементы.

Лессовый грунт довольно пористый, отсюда высокая степень влагопоглощения. Характерная черта лесса – вертикальные канальцы на уровне макропор, по которым вода может проникать глубоко под землю. Эти канальцы занимают до 13% общего объема грунта. При проникновении воды происходит расслоение связей между частицами грунта и почва проседает.

Лессовидные грунты (суглинки) имеют те же свойства, что и лесс, но они более плотные за счёт глиняных примесей и грубее на ощупь. Степень просадки у суглинка меньше, чем у лесса.
Особенность постройки фундамента на лессовом грунте состоит в том, что землю перед началом строительства нужно хорошо трамбовать и упрочнять.

Фундаменты для лессовых и лессовидных грунтов и что нужно учесть при выборе фундамента

Можно возводить любой фундамент:

ленточный;
плитный;
свайный;
столбчатый.

При выборе фундамента нужно учитывать:

толщину лессовидного грунта;
коэффициент просадки грунта (лессовый грунт имеет сильную степень просадки, лессовидный — слабую);
уровень грунтовых вод;
уровень промерзания почвы;
давление фундамента (зависит от размеров строения).

Блок внимания: Если слой лессовидного грунта не слишком толстый, его можно убрать и возводить сооружение на более плотном пласте грунта. Рекомендуется использовать столбчатые или свайные фундаменты.

Возведение фундамента

Строительство на лессовидных и лессовых грунтах почти всегда проводится с заменой верхней части пласта на более плотный материал. Например, песок или глина в виде подушки. Во влажной местности песок не используют, так как он размывается.

Сооружение фундамента начинается с уплотнения грунта. Для уплотнения необходимо использовать тяжелые трамбовки, чтобы утрамбовать почву на глубину 1,5-2,0 м. Затем слоем в 0,5-1,0 м засыпается глина, которую также нужно утрамбовать. Последующий процесс происходит по стандартной технологии заливки (укладки), опалубки и армирования.

Этот вариант сооружения может быть использован, если грунт имеет слабую просадку. В случае с грунтом, обладающим сильной степенью просадки, надо будет дополнить технологию установкой бетонных свай, особенно под наружные несущие стены строения. Сваи должны быть привязаны к самому фундаменту. По сути, получается столбчатая конструкция, где фундамент будет выполнять функции ростверка.

Если показатель просадки от собственного веса сооружения составляет более 5 см, необходимо провести два мероприятия:

расширить утрамбованный слой (создать пяту);
обработать его битумным материалом или цементным жидким раствором.

Свайный фундамент будет оптимальным вариантом. Для его возведения не нужна предварительная утрамбовка грунта. Достаточно купить фундаментные сваи и нанять специализированную технику.

Купить можно, например, винтовые сваи. Они изготовлены из металла, и на конце сваи установлен бур, которым они вкручиваются в грунт. Такие сваи имеют длину до 12 метров, что позволит добраться до более плотного пласта грунта. Для сооружения фундамента необходимо через расчетное расстояние вкрутить сваи в землю на определенную глубину.
Минусом свайного фундамента является затратность – привлечение специализированной техники стоит денег, да и сами сваи обойдутся недешево. Но все это компенсируется быстрым проведением работ, отсутствием дополнительных материалов и надежностью конструкции.

Полезные советы

Перед началом возведения фундамента на лессовидных и лессовых грунтах позаботьтесь о водопонижении участка, так как избыток воды делает грунт подвижным и неустойчивым. Рекомендуется устраивать дренаж и ливнёвку, при этом уделить особое внимание местам около фундамента. Это первое.

Второе – устройство водонепроницаемой отмостки. Этот элемент должен быть шириной не меньше 1,5 м и глубиной до 0,5 м. Отмостки можно залить из бетонного раствора с нижним гидроизоляционным слоем. Можно полностью соорудить отмостки из асфальта.

Подводя итог, отметим важность тщательного анализа грунта и его показателей перед строительством фундамента.

Лёсс относится к глинистым грунтам. Как разновидность лёссовых грунтов выделяют лёссовые суглинки, однако они имеют ряд отличий.

· Лёсс содержит меньше глинистых частиц и имеет светло-желтый или палевый цвет, в отличие от красновато-бурого лёссового суглинка.

· Лёсс - более пористый и менее плотный, склонный к просадочности материал.

Однако физико-химические характеристики лёсса в сухом и влажном состоянии сильно отличаются. Так, например, при увеличении влажности грунта увеличивается сжимаемость и уменьшается сопротивление породы сдвигу, а значительное снижение влажности необратимо меняет свойства лёсса из-за нарушения характера связей между частицами и их агрегатами.

Это мягкий, структурно-неустойчивый грунт, поскольку в сухом состоянии он достаточно прочен, а под взаимодействие с влагой повышает его плотность и склонность к растрескиванию, поэтому такой грунт дает сильную просадку как от внешней нагрузки, так и от собственного веса.

Лёсс - осадочная порода, которая расположена сразу под почвенным покровом. Толщина таких отложений может достигать нескольких десятков метров.

Особенности лёссового грунта, влияющие на его строительные характеристики

В основе лёсса кварц, полевые шпаты, кальцит и другие минералы, большое количество карбонатов (в среднем 5-20 %) и другие легкорастворимые соли. Высокодисперсные карбонаты и соли создают прочные слаборастворимые связи между зернами лессовых пород, что в совокупности с малым количеством глинистых частиц ведет к снижению пластичности грунта, но повышают сопротивление сдвигу.

2. Пористость 36-60%, вследствие чего лёсс содержит больше воздуха, чем твердых частиц в сухом состоянии.

Для лёсса характерны четыре вида пор:

Это трещины, канальцы, суффозно-карцевые пустоты. Это делает лёсс ненарушенного сложения менее прочным, чем нарушенного.

Эти поры составляют до 35% всего объема грунта и имеют неправильную форму. По ним может перемещаться влага.

Размером до 3мм трубчатые вертикальные канальцы, которые при увлажнении могут сокращать свой объем. При прикладывании давления общий объем такого грунта будет уменьшаться, если же образец насытить водой, то объем уменьшится резко из-за снижения коэффициента пористости.

Плотность лёсса связана с его высокой пористостью и низкой влажностью. Чем глубже расположены слои лёссовой породы, тем выше будет их плотность и сопротивление сдвигу.

3. С этой характеристикой связана величина относительной объемной усадки грунта (δy-v ), которая вычисляется по формуле:

При нарушении сложения грунта значение δ y значительно возрастает. Кроме того, при увеличении влажности такой грунт сжимается сильнее, что тоже ведет к увеличению усадки.

4. Лёсс обладает анизотропностью водопроницаемости, то есть при определении фильтрационных свойств породы в вертикальном положении и в горизонтальном значения могут отличаться в несколько раз из-за вертикальной направленности пор, возникшей в ходе аккумуляции частиц грунта.

5. Естественная влажность лёсса – 0,05-0,25, а максимальная влажность – 15-17%

В лессовых грунтах природная влажность распределяется неравномерно: в верхнем слое располагается зона сезонных и суточных колебаний влажности, ниже - зона относительно постоянной влажности и далее влажность изменяется в сторону увеличения или уменьшения, что зависит от характера подстилающих пород (она может переходить даже в грунтовую воду).

6. Лёсс быстро размокает в воде и не отслаивается, а распадается на структурные элементы целиком благодаря своей пылеватости. Вследствие способности к быстрой размываемости на территориях распространения лёсса часто наблюдается развитие эрозии почвы и просадки грунта.

7. На показатель набухания лёсса влияют несколько факторов:

· величина набухания лессовых пород определяется прежде всего количеством в них глинистых частиц;

· нарушение структуры грунта увеличивает этот показатель в два-три раза;

· уплотнение грунта с помощью специальных процедур может уменьшить набухание. Это объясняется резким снижением показателя водопроницаемости;

· по канальцам в лёссовых грунтах перемещается влага, в которой могут содержаться соли. Их состав и концентрация также влияют на степень набухаемости.

Для строительства дорог и зданий активно используют грунтовые сваи для усиления грунтов. Это одна из технологий глубинного уплотнения просадочных и крупнопористых грунтов. Методика разработана Ю.М. Абелевым.

По сути, грунтовые сваи – это просто уплотненный грунт, расположенный в скважинах, которые создают набивным методом. Механическая трамбовка происходит под сваей и вокруг нее. Технология проста и эффективна. Наша задача – разобраться, как сваи формируют, какие проводят подготовительные работы и какую технику задействуют при этом.

Подготовительные работы по устройству грунтовых свай

Специалисты проводят геологические изыскания: изучают характеристики грунта, рассчитывают уплотняемый объем и нужную плотность. На основе этих данных получают сведения об усадке и необходимом количестве почвы для заполнения скважины.

Инженеры разрабатывают проектную документацию, на основании которой выполняются строительные работы.

Эксперты берут во внимание следующую информацию:

Результаты геологического исследования . Проводят замеры, изучают территорию и ландшафт, отбирают пробы для лаборатории. С помощью бурильных установок определяют расположение подземных вод.
Данные о сейсмической активности района, риске оползней или начала карстово-суффозионных процессов.
Сведения о предназначении будущего сооружения, конструктивных и технологических особенностях и условиях эксплуатации.
Данные о нагрузках, действующих на фундамент. Это важный показатель, потому что неправильные расчеты приведут к трещинам, деформациям, перекосам и даже разрушениям фундамента или самого здания.
О санитарных нормах и требованиях, экологических актах.

После подсчетов разрабатывают схему расположения свай. Специалисты проводят пробное бурение, которое позволяет вносить корректировки в процесс и ускорять расчеты.

В результате пробного бурения специалисты получают точные данные о:

составе почвы, ее плотности и влажности;
степени промерзания;
уровне залегания подземных вод.

Преимущества грунтовых свай

К неоспоримым достоинствам относятся:

продуктивность;
экономичность;
экологичность;
эффективность;
ускоренное выполнение работ;
улучшение характеристик грунтового массива, на котором предполагается строительство.

Об используемом оборудовании для грунтовых свай

Скважины создают с помощью буровых установок, пробивкой лидером или посредством взрывов цепных зарядов с заранее установленными шпурами.

Для образования скважин задействуют ударно-канатное оборудование по типу БС-1 и другие станки, работающие со снарядом массой не меньше 3 тонн.

Скважины пробивают поочередно, а после набивают их грунтом. Для пробивки применяют снаряд, представляющий собой штангу с наконечником и направляющим кондуктором.

Одновременное формирование скважины и уплотнение почвы может быть основано на энергии взрыва. Для этого используют лидерные шпуры. В них закладывают цепной заряд и производят взрыв. Для возникновения последнего применяют детонирующий шнур. В результате формируется скважина цилиндрической формы. Выполнить работу качественно таким методом можно лишь в условиях влажного грунта.

Описание технологии грунтовых свай

Целесообразно применять метод для упрочнения маловлажных и очень влажных почв. Причем толщина крупнопористого грунта у основания должна быть примерно 5-18 м. Если толщина больше, тогда путем проведения опытных работ определяют, эффективно ли будет использование данного способа.

Устройство грунтовых свай обеспечивают с помощью пробивки скважины в почве трамбовкой. Она имеет цилиндрическую форму (диаметр 0,4-0,6 м и вес 1,5-3,5 т). После формирования скважины в нее засыпают грунт и уплотняют его опять же трамбовкой.

На поверхность земли устанавливают стальную трамбовку для уплотнения основания. После этого ее погружают на необходимую глубину до отметки и извлекают. Так образуется скважина.

Циклы засыпки и утрамбовки повторяют столько раз, сколько нужно для создания прочного стержня. Формируется грунтовая свая, а вокруг нее – свайное пространство. Частота расположения свай влияет на степень уплотнения, которую получает укрепляемый грунт.

Если упрочнению подлежат влажные связные почвы, то сваи изготавливают с применением пневмопробойника. Полость скважины заполняют смесью щебня и песка или только мелкой щебенкой с добавлением цементного раствора.

Разновидность грунтовых свай – грунтоцементные опоры

Принцип метода заключается в следующем: одновременно с бурением скважины в грунт нагнетают под высоким давлением цементный раствор. Так почва смешивается с цементом. В результате этого образуется свая, в основе которой лежит грунтобетон. Жидкий раствор под давлением разрушает почву, перемешивая ее и пропитывая.

Способ активно используют для строительства подземных конструкций, укрепления торфяных и других подвижных грунтов, насыпей и склонов. Еще одна функция технологии – увеличение несущей способности самой сваи.

Технологические схемы грунтоцементных опор

Для обустройства грунтобетонных свай используют 3 технологии:

1. SOILMIX – в почву погружают специальное оборудование с наконечником. Он бурит грунт с помощью режущих лопастей. В процессе лопасти режут земляные пласты, перемешивая их, а в отверстие наконечника впрыскивают цементный раствор;

2. JET GROU TING – подразумевает реактивную подачу цемента. Грунт проходит два этапа цементации. На первой стадии образуется небольшая скважина, после чего вращающуюся бурильную установку поднимают. А на второй – оборудование поднимают с одновременной подачей раствора;

3. Высоконапорная инъекция – в небольшую скважину погружают трубку, через которую в почву вводят цементную суспензию под высоким давлением.

Перечисленными способами укрепляют сваи на пылевидных, заиленных и торфяных грунтах. Методика популярна из-за того, что обустройство таких свайных столбов не создает дополнительных нагрузок. Поэтому технологию успешно используют в стесненных условиях, для исправления положения наклоненных конструкций в черте города.

Преимущества грунтоцементных свай

Как уже сказали, методика позволяет работать в стесненных условиях, где применение традиционных технологий затруднено.

Цементизация струйным методом способствует эффективному и надежному закреплению разных почв, от песчаных до скальных. Даже для мерзлых почв можно обустраивать свайные фундаменты с небольшими трудозатратами и высокой эффективностью.

Так как монтаж грунтоцементных свай не способствует возникновению вибрационных и ударных нагрузок, то работы успешно проводят вблизи уже стоящих зданий и даже внутри жилых кварталов.

Вращающиеся лопасти оборудования создают волнообразную спираль в почве, что улучшает сцепление грунта и сваи.

Недостатки опорных столбов

На фоне большого списка достоинства единственный отрицательный момент не сказывается на снижении популярности обсуждаемого метода.

Минус технологии заключается в том, что в рабочем процессе грунт чрезмерно насыщается водой, находящейся в цементном растворе. Из-за этого временно повышается уровень подземных вод, но постепенно он приходит в норму.

Контроль выполненных работ

По завершении всех работ проводят контроль качества обустройства грунтовых свай. За это ответственность несет человек, который вел журнал работ. Выборочный контроль проводят автор проекта и технический надзор заказчика.

Качество уплотнения изучают в лабораторных условиях. Составляют акт по скрытым работам глубинного уплотнения после осмотра открытого котлована.

Заключение

устройство грунтовых свай позволяет достичь необходимого укрепления почвы, при этом улучшается несущая способность, устраняются и просадочные, и деформационные свойства. А использование грунтоцементных свай дает возможность работать в условиях высокого уровня подземных вод, а также возводить конструкции и строить дороги на болотистых территориях.

Строительная лаборатория ООО “Бюро “Строительные исследования” занимается испытаниями конструкций и материалов в Санкт-Петербурге и Москве

Основная специализация лаборатории:

Бесплатно вызвать лаборанта на объект или задать вопрос эксперту можно:

В результате сооружения разрушаются и становятся непригодными для дальнейшей эксплуатации.

Просадки лессовых грунтов возникают при одновременном воздействии двух факторов:

1. нагрузок от сооружений и собственного веса грузовой просадочной толщи, и

2. замачивания при подъеме горизонта подземных вод или за счет внешних источников (атмосферные осадки, промышленые сбросы, утечки и т.д.)

Просадочные свойства проявляются в лессах только при достижении влажностью некоторого предела , называемого начальной просадочной влажностью.
Просадочность грунтов часто оценивается показателем просадочности

П:

где e - коэффициент пористости грунта природного сложения и влажности

- коэффициент пористости, соответcтвующий влажности на границе текучести и определяемый по формуле:

где и - соотвецтвенно плотность твердых частиц и воды

Показатель просадочности является номенклатурным признаком и лишь определяет склонность грунта к просадкам, не позволяя достоверно дать величину возможной просадки грунта.

Явление просадки можно наглядно представить на рисунке

Рис. 15.8. Осадка фундамента на лессовом грунте

Рис. 15.9. Зависимость деформаций (а) и относительной просадки (б)лессового грунта от нормального давления

аб – практически прямолинейный участок представляет зависимость осадков от давления под подошвой фундамента

Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.

бв – участок соотвецтвующей полной просадке грунта под нагрузкой после замачивания

Важно отметить, что если увеличение осадков связано с ростом нагрузки, то просадка развивается при постоянной нагрузке.
Полная деформация просадочного основания равна сумме осадки S при естественной влажности грунта и просадки грунта при его замачивании

Характеристики просадочных свойств.

К числу основных характеристик относится относительная просадочность , начальное просадочное давление , начальная просадочная влажность .
Относительная просадочность определяется по результатам испытаний грунтов в компрессионных приборах с замачиванием образцов.

Она представляет собой относительное сжатие грунта при заданых давлениях и степени повышения влажности и определяется по формуле:

– применяется при природном W, после замачивания

- примняется после замачивания

- применяется при природном W,после обжатия

Грунт считается просадочным при условии 0.01

Относительная просадочность зависит от давления, степени плотности грунта природной влажности и его состава, степени повышения влажности.

Начальное просадочное давление- это давление, при котором относительная просадочность , т.е. при котором грунт считается просадочным.

легко устанавливается из графика зависимости от давления Р (рис.15.9. б), который в свою очередь строится при испытаниях образцов лессового грунта в компрессионных испытаниях с замачиванием при различных нагрузках. Эта характеристика является очень важной при расчете просадок.

За начальную просадочную влажностьпо аналогии принимается влажность, при которой в условиях заданных давлений относительная просадочность равна 0.01.
При расчете оснований и фундаментов на просадочных грунтах по II предельному состоянию требуется выполнение условия : , при этом давление зависимости от предпологаемого состояния грунтов по влажности, т.к. замачивание приводит к значительному снижению прочностных характеристик, а следовательно, существенному уменьшению их расчетного сопротивления и несущей способности.

Так например, за счет разрушения структурных связей особенно резко (в 6…10 раз) снижается сцепление при относительно небольшом (в 1,05…1,2 раза) уменьшении угла внутреннего трения.

Принципы строительства на просадочных грунтах

В первую очередь при проектировании оснований и фундаментов зданий на просадочных грунтах учитывают возможность их умачивания и возникновения просадочных деформаций.

Надежность и нормальная эксплуотация зданий достигается применением одного из следующих принципов:

Осуществление комплекса мероприятий, включающего подготовку основания, (в водозащитные и конструктивные мероприятия входят: компановка генплана; планировка застраиваемых территорий; устройство под зданиями маловодопроницаемых экранов; качественная засыпка водонепроницаемых котлованов и траншей; устройство вокруг зданий водонепроницаемых отмосток; отвод аварийных вод за прделы зданий и в ливнесточную сеть.)

Конструктивные мероприятия объединяют в группы по составу и способам осуществления традиционных, для строительства, в особых грунтовых условиях.

Для жестких зданий:

- эта разрезка зданий осадочными швами на отсеки

- устройство железо – бетонных поясов и армированных швов

- усиление фундаментно – подвальной части путем применения монолитных или сборно – монолитных фундаментов

Для податливых и гибких зданий:

- мероприятия по дополнительному увеличению потдатливости (введение гибких связей;повышение площади операния)

- место, обеспечивающие нормальную эксплуотацию зданий при возможных, часто неравномерных просадок. Для этого применяют конструктивные решения, позволяющие в короткие сроки восстановить после неравномерных просадок нормальную эксплуотаию кранов, лифтов, оборудования, путем рихтовки подкрановых путей и направляющих лифтов, поднятия опор домкратом.

Улучшение строительных свойств просадочных грунтов

достигается их уплотнением или закреплением, устройством грунтовых подушек.

- Эффективным способом является уплотнение тяжелыми трамбовками. Но следует помнить, что удары тяжелых трамбовок создают колебания в грунтовом массиве и учитывать при уплотнении грунта внутри существующих зданий.

- Устройство грунтовых подушек обеспечивает создание в основании фундаментов слоя непросадочного грунта.

- Двухслойное уплотнение путем сочетания поверхностного уплотнения тяжелой трамбовкой и устройства по верху уплотненного слоя грунта грунтовой подушки

- Могут устраиваться и фундаменты в вытрамбованных котлованах, фундаментов в виде пирамидальных свай и забивных блоков.

- Применяются поверхностное уплотнение подводными взрывами.

- Уплотнение предварительным замачиванием (на больших территориях вновь застраиваемых площадках)

- Широко используют уплотнение оснований пробивкой скважин (грунтовые сваи) и глубинными взрывами

- Для закрепления просадочных грунтов применяют матоды однорастворной силикатизации или термообжига.

Прорезка просадочных грунтов обычно осуществляется с помощью свайных фундаментов.

- Целесообразно применение забивных и, особенно, конических и пирамидальных свай, а также набивных свай в пробитых или полученных путем уплотнения грунтов взрывами зарядов в скважинах.

- Сваи должны полностью прорезать просадочную толщу и опираться на подстилающие грунты повышенной сложности и НС (плотные глинистые грунты, гравий, плотные пески).

- Неполная прорезка просадочных грунтов сваями допускается лишь в тех случаях, если расчетные деформации не превышают допустимых величин.

- НС свай в просадочных грунтах определяют, как правило, путем статических испытаний, возможно воспользоваться также и данными статического зондирования. В обоих случаях перед началом испытаний грунт замачивают до полного водонасыщения.

Читайте также: