Поверхностное уплотнение грунтов и искусственных оснований

Поверхностное уплотнение производится укаткой, трамбовани­ем, вибрационными механизмами, подводными взрывами, методом вытрамбовывания котлованов.

При любом режиме уплотнения повышение степени плотности грунта происходит только до определенного предела, зависящего от вида и физического состояния грунта, а также от характера уплот­няющего воздействия. Уплотнение до указанного предела называет­ся уплотнением до отказа.

Уплотнение укаткой. Вследствие того что укаткой удается уплот­нить грунты только на небольшую глубину, этот метод в основном применяется при послойном возведении грунтовых подушек, плани­ровочных насыпей, земляных сооружений, при подсыпке оснований под полы. Уплотнение укаткой производится самоходными и при­цепными катками на пневматическом ходу, гружеными скреперами, автомашинами, тракторами, основные технические характеристики которых приведены в табл. 12.1. Уплотнение достигается много­кратной проходкой уплотняющих механизмов (от 6 до 12 раз).

Влажность грунтов при уплотнении должна соответствовать оптимальной. При влажности, меньшей оптимальной, грунты ув­лажняют в резервах, карьерах или реже на месте укладки расчетным количеством воды, определяемым по формуле

Уплотнение трамбующими машинами. Этот способ используется,как правило, при укладке грунтов в стесненных условиях — при возведении обратных засыпок котлованов, траншей, засыпке пазух, щелей. Трамбующие машины ударного действия эффективны при уплотнении всех видов грунтов (пылевато-глинистых при 5_Г<0,7), \ а машины, основанные на вибрационном и виброударном воздействиях,— только для песчаных грунтов. При достаточно большом фронте работ чаще спользуются \ самоходные трамбующие машины и виброкатки, при ограниченном;фронте работ — самопередвигающиеся виброплиты и механические трамбовки. '

Перед началом производства работ выполняется опытное уплот­нение. Пункты проверки качества уплотнения принимаются из рас­чета один пункт на каждые 100...300 м² уплотняемой площади.

Уплотнение тяжелыми трамбовками. Метод предложен в нашей стране в 1954 г. Ю. М. Абелевым. Уплотнение производится сво- -бодным сбрасыванием с помощью крана-экскаватора с высоты 5...10 м трамбовок диаметром 1,2...3,5 м и весом 25...150 кН. Тяжелые трамбовки применяются для уплотнения всех видов грун­тов в природном залегании (пылевато-глинистых при S_r< 0,7), а та­кже искусственных оснований и насыпей.

Трамбовка изготовляется из железобетона и имеет в плане форму круга или многоугольника с числом сторон не менее восьми. Поддон и боковые ее стенки, являющиеся одновременно опалубкой при бетонировании, сворачиваются из листовой стали толпщнои 8...16 мм. Имеется опыт применения сверхтяжелых трамбовок ве­сом более 400 кН, сбрасываемых с высоты до 40 м.

полагаемых из расчета один пункт на каждые 100 м² уплотня­емой площади.

3 2 1

Уплотнение подводными взры­вами. Метод применяется в проса-дочных лессовых грунтах, рыхлых песчаных и пылевато-глинистых грунтах. Наибольший эффект уп­лотнения достигается при степени влажности грунтов 5_Г=0,7...0,8. При меньшей степени влажности грунтов производится их предва­рительное замачивание. Суть метода заключается в ис­пользовании энергии взрыва, производимого в- водной среде, для разрушения структуры и уплотнения грунтов. Водная среда, с одной стороны, обеспечивает более равномерное распределение уплотня­ющего взрывного воздействия по поверхности грунта, с другой — гасит энергию взрыва, направленную вверх.

Уплотнение производится в котлованах. Глубина котлована на­значается таким образом, чтобы высота столба воды составляла не менее 1,3...1,5 м. При меньшей проектной глубине котлована выпол­няется его обвалование. После заполнения котлована водой раз­мещаются заряды ВВ по сетке 0,8... 1,2 м на глубине от поверхности воды не менее 1 м и на расстоянии от уплотняемой поверхности грунта 0,3.„0,4 м. После одновременного взрыва зарядов проис­ходит уплотнение грунта с понижением поверхности на 0,3...0,8 м. Глубина уплотнения составляет 1.4 м в зависимости от грунтовых условий и величины зарядов.

Качество уплотнения проверяется по величине осадки поверх­ности, а также контролем плотности скелета уплотненного грунта.

Вытрамбовывание котлованов. Метод заключается в образова­нии в грунтовом массиве полости путем сбрасывания в одно и то же место трамбовки, меющейформу будущего фундамента.Затемп олость заполняется бетонной смесью, после твердения которой образуется фундаментная конструкция.

Метод эффективен тем, что при вытрамбовывании полости грунт вокруг нее уплотняется, за счет чего увеличивается несущая способность основания и снижается деформируемость, а сооруже­ние монолитной фундаментной конструкции не требует применения опалубки.

5.5 Глубинное виброуплотнение методам глубинного уплотнения относятся устройство песчаных, грунтовых и известковых свай, глубинное виброуплотнение, уплотнение статической пригрузкой в сочетании с устройством вертикального дренажа, водопонижение. применяют в рыхлых песчаных грунтах естественного залегания, а также при укладке несвязных грунтов в насыпи, устройстве обратных засыпок.

Песчаные сван применяют для уплотнения сильносжимаемых пылевато-глинистых грунтов, рыхлых песков, заторфованных грунтов на глубину до 18...20 м.

Песчаные сваи изготовляют следующим образом. В грунт с помощью вибратора или свайного молота погружается пустотелаяметаллическая труба диаметром 300...400 мм с инвентарным самораскрывающимся наконечником (рис. 12.9, а). В верхней части трубы имеется отверстие, иногда оборудованное воронкой, для засыпки песка в трубу без снятия вибратора или молота. После погружения трубы в нее засыпается песок на высоту 3...4 м. После этого включается вибратор и трубу начинают поднимать. При этом наконечник раскрывается, труба поднимается на высоту 2...3м и в скважине остается столб песка (рис. 12.9, 6). Трубу следует поднимать так, чтобы после подъема в ней оставался слой песка толщиной не менее 1 м. Указанные операции повторяются до полного извлечения трубы, после чего в основании остается столб.уплотненного песчаного грунта (песчаная свая). Вокруг песчаной сваи грунт также находится в уплотненном состоянии (рис. 12.9, в). К

Грунтовые сваи. Глубинное уплотнение грунтовыми сваями при­меняется для улучшения строительных свойств просадочных мак­ропористых и насыпных пылевато-глинистых грунтов при степени

Рис. 12.11. Схема устройства грун­товых свай способом сердечника:

а — образование скважины

забивкой инвентарной сваи; б — извлечение инвентарной сваи; в — заполнение скважины грунтом с-трамбованием; 1 — инвентарный башмак; 2 — сердечник; 3 — молот; 4 — трамбовка; 5 — уплотненный грунт заполнения

влажности 5,.=0,3...0,7 на глубину до 20 м. Суть метода заключает­ся в устройстве вертикальной полости в основании, которая затем засыпается местным грунтом с послойным уплотнением. В резуль­тате этого образуется массив уплотненного грунта, характеризу­ющийся повышенной прочностью и более низкой сжимаемостью. Устройство грунтовых свай в просадочных грунтах позволяет устранить просадочные свойства.

Известковые сваи применяют для глубинного уплотнения водо-
насьпценных заторфованных и пылевато-глинистых грунтов. В тол­ще грунтов пробуривают скважины диаметром 320...500 мм. Если грунт не сохраняет вертикальные стенки скважин, то используют туже технологию, что и при устройстве песчаных свай,— при помощи инвентарной обсадной трубы с самораскрывающимся наконечни­ком. Скважины заполняют негашеной комовой известью. Известь засыпают таким образом, чтобы при извлечении обсадной трубы толщина слоя извести в нижней части трубы составляла не менее 1 м, и уплотняют трамбовкой весом 3...4 кН.

Уплотнение грунтов при применении известковых свай проис­ходит в результате действия следующих факторов. Первоначально слабые водонасыщенные грунты уплотняют в процессе погружения инвентарной трубы с закрытым концом. Когда в скважину засыпа­ется негашеная известь и уплотняется трамбованием, происходит некоторое (до 20%) увеличение диаметра сваи.

При вибрации сыпучие грунты, у которых отсутствует сцепление между частицами, приходят в движение и под действием инерцион­ных сил вибрации и сил тяжести происходит смещение частиц. В результате рыхлые пески или другие сыпучие материалы, напри­мер шлаки, уплотняются.

Рис. 12.13. Схема вибро­установки ВУУП-6:

/ — вибропогружатель В-401; 2 — трубчатая штанга; 3 — стальные ребра

Эффективность уплотнения повышается

при подаче в зону уплотнения воды. Поэтому, если песок находится в ненасыщенном водой состоянии, к месту виброуплотнения по­дают воду. Такой метод часто называют гид-ровиброуплотнением. При помощи виб­роуплотнения плотность скелета песчаного грунта может быть доведена до 1,7... 1,8 г/см³. Существует два основных способа вибро­уплотнения. В первом способе уплотнение происходит при погружении в песок вибрато­ра (вибробулавы). Этим способом уплотня­ются толщи рыхлых песков мощностью до 8... 10 м. Второй способ заключается в погру­жении в грунт стержня с прикрепленным к его голове вибратором. На этом принципе скон­струированы виброустановки типа ВУУП-6 и ВУУП-4. Так, виброустановка ВУУП-6 со­стоит из высокочастотного вибропогружателя В-401 и погружаемого в грунт уплотнителя (рис. 12.13).

Для гидровиброушютнения применяют также гидровибрацион­ную установку С-629, обеспечивающую одновременную подачу во­ды в грунт и его уплотнение вибрацией. Гидровиброустановку размещают в вертикальном положении над местом погружения, включают вибратор и одновременно через нижние сопла под давле­нием 4...6 МПа подается вода. Вибратор погружается под действи­ем собственного веса со скоростью 1,5...3 см/с. После погружения установки на заданную глубину через верхние сопла подают воду, поднимая установку. Производительность установки С-629 — 125 м³/ч.

До начала работ по виброуплотнению песчаных оснований про­водят опытные работы, по результатам которых устанавливают оптимальный режим уплотнения, число повторных погружений, время, необходимое для достижения проектной плотности сложения песчаного грунта, а также уточняют сетку погружения, при которойдостигается максимальная производительность и обеспечивается заданная плотность. Качество уплотнения контролируют статичес­ким зондированием, а также путем отбора образцов уплотненного грунта.

Предварительное уплотнение оснований статической нагрузкой применяют для улучшения строительных свойств слабых водонасы-щенных пылевато-глинистых грунтов и торфов при их распрост­ранении на значительную глубину. Статическая нагрузка создается отсыпкой на уплотняемой площади насыпи из местных материалов.

Давление по подошве насыпи должно быть не менее давления, передаваемого на основание проектируемым сооружением. По­скольку высота временных насыпей ограничена, так как для их возведения необходимо транспортирование огромного количества материала, этот метод применяется в основном для уплотнения оснований сооружений, передающих относительно небольшие дав­ления на основание,— малоэтажных зданий, аэродромных и дорож­ных покрытий, резервуаров и т. п.

При использовании этого метода для уплотнения толщ слабых грунтов мощностью более Юм требуется длительное время для 'завершения процессов консолидации и стабилизации осадок, по- -;скольку водопроницаемость слабых, особенно пылевато-глинистых грунтов, весьма незначительна. Для ускорения процесса уплотнения используют вертикальные дрены различных конструкций: песчаные дрены, бумажные комбинированные дрены и т. п. I

Уплотнение грунта водопоннжеыием. Метод эффективен при уп- I лотнении оснований, сложенных мелкими и пылеватыми песками. 1 При коэффициенте фильтрации песков от 0,05 до 0,002 см/с для I водопонижения используют иглофильтровальные установки. При 1 содержании в пылеватых песках большого количества глинистых 1 частиц и коэффициенте фильтрации менее 0,002 см/с применяют 1 эжекторные иглофильтры, позволяющие понижать уровень подзем- 1 ных вод до глубины 25 м. Водопонижение в пылевато-глинистых 1 грунтах, коэффициент фильтрации которых менее 0,0001 м/с, дрот- водится с помощью электроосмоса. Для этого в грунт погружа­ют иглофильтры, являющиеся катодами, и металлические стерж­ни — аноды. При пропускании через грунт постоянного электричес­кого тока происходит передвижение воды к иглофильтру-катоду и эффективный коэффициент фильтрации увеличивается в 10... 100 раз.

Понижение уровня подземных вод приводит к тому, что в пре­делах зоны водопонижения снимается взвешивающее действие воды на скелет грунта. В единице объема грунта возникает дополнитель­ная массовая сила, равная разнице между удельным весом влажного грунта и удельным весом скелета грунта, взвешенного в воде, т. е. у—7sb> которая и вызывает уплотнение грунтового массива.