Защита котлованов от подтопления

Для защиты котлованов от подтопления используют следующие группы методов:

- водопонижение;

- противофильтрационные завесы;

- комбинация первых двух методов.

Выбор той или иной группы методов зависит от:

- вида подземных вод;

- УПВ (УГВ);

- свойств грунтов;

- особенностей их напластования;

- глубины, размеров и формы котлована в плане;

- других факторов.

Во всех случаях, какой бы способ мы не выбрали, необходимо исключить нарушение природной структуры грунта в основании, обеспечить устойчивость откосов котлована и сохранность близко расположенных зданий.

Водопонижение осуществляется с помощью:

- глубинного водопонижения;

- открытого водоотлива.

1. Открытый водоотлив – наиболее простой способ. Воду откачивают насосами непосредственно из котлована. А точнее из устраиваемой на дне котлована сети канавок глубиной 0,3…0,6 м, по которым вода отводится в приямок (зумпф), откуда она и откачивается систематически насосами.

Открытый водоотлив применяют только в малоразмываемых грунтах и породах (трещиноватые скальные породы, галька, гравий, крупные пески), а также там, где мало прямого поступления воды.

2. Глубинное водопонижение исключает просачивание подземных вод через откосы и дно котлована. Он заключается в искусственном понижении УГВ в районе котлована.

Осуществляется с помощью:

- иглофильтров;

либо - откачной воды из глубинных трубчатых колодцев (в случае большого притока воды).

Иглофильтр состоит из стальной трубы d=38…50 мм, нижнем конце имеется фильтрующее устройство, через которое производится всасывание и откачка воды. Фильтр сконструирован так, что обеспечивается невозможностью выноса частиц.

Возникающее при движении воды (от дна котлована к ИФУ) рис. 14.9 а, гидродинамическое давление способствует уплотнению грунтов а … - улучшению их структурных свойств.

Легкие иглофильтровые установки (ЛИУ) служат для понижения уровня подземных вод на глубину 4…5 м в песках. При больших глубинах иглофильтры располагают в несколько ярусов (рис. 14.9. б) или применяют специальные эжекторные иглофильтры (водоструйные насосы, создающие разрежение около фильтрующего элемента, что способствует увеличению всасывания), позволяющее понизить УГВ на глубину до 25 м.

При грунтах с kф<0,1 м/сут используют специальные методы водопонижения:

- вакуумирование;

- электроосушение.

Вакуумирование:

У вакуумных скважин устья герметизируются специальными тампонами. Из скважин откачивается вода и воздух, создается зона вакуума, за счет чего приток воду увеличивается.

Позволяет откачивать воду при 0,01< kф<0,1 м/сут и до 20 м глубиной.

Электроосушение (электроосмотическое водопонижение).

Применяют в глинистых грунтах с низкой водоотдачей.

Этот способ основан на свойстве передвижения воды в глинистых грунтах под действием постоянного тока (электроосмос).

Стежки и иглофильтры размещают по периметру котлована в шахматном порядке (рис. 14.10)

На них подают напряжение U=30…60В.

Вода под действием тока перемещается от анода «+» к катоду «-», грунтовая вода поступает в иглофильтр и откачивается всасывающим насосом. Понижение воды возможно до 20 м.

За счет электроосмоса kф резко увеличивается (в десятки, а то и в сотни раз), но требуется соблюдение соответствующих правил техники безопасности.

Создание противофильтрационных завес.

Используют:

· замораживание (естественное искусственное);

· битумизация;

· шпунтовое ограждение

Замораживание – используется свойство влажных грунтов переходить в твердое состояние при замерзании.

- Естественное замораживание.

Котлован вскрывают до УГВ, дают грунту промерзнуть на глубину 20…30см. Затем срезают верхний слой, оставляя 10…15 см. нетронутого мерзлого грунта. По мере промерзания грунта эту операцию повторяют до тех пор пока не будет достигнута проектная отметка дна котлована. За счет большой продолжительности Метод эффективен в географических зонах с соответствующим климатом.

- Искусственное замораживание (рис. 14.11)

Применяют при разработке значительных по объему котлованов в водонасыщенном грунте.

Способ заключатся в создании по периметру котлована льдогрунтовой стенки (до водоупора) t=-15…-20۫С.

За счет циркуляции раствора амиака по нагруженным с шагом 0,9…1,5 м в грунт трубам, образуется цилиндры мерзлого грунта, которые смыкаются между собой, образуя сплошную защитную стенку.

Толщина стенки замороженного грунта зависит от ее назначения:

- от притока подземных вод достаточно иметь толщину 10…15 см;

- как ограждение котлована – расчетом.

Работа по замораживанию проводятся в 2 этапа:

1 этап – активное замораживание (40…70 суток) – грунт замораживают

2 этап – пассивное замораживание – поддержание грунта в замороженном состоянии в течении периода производства работ в котловане.

Следует строго следить за вертикальностью заглубления инжекторов.

Недостаток: В пылевато-глинистых грунтах происходи морозное пучение – поднятие поверхности грунта с сооружениями, находящимися в зоне влияния. Еще хуже в процессе отстаивания, т.к. сжимаемость такого грунта увеличивается, а прочность уменьшается.

Битумизация заключается в подаче (нагнетание) в грунт, обладающий трещиноватостью (скальные трещиноватые породы) с большим притоком воды, разогретого до жидкого состояния битума. За счет чего, образуется сплошная водонепроницаемая стенка.

Наряду с нагнетанием битума используют цементный раствор, или синтетические смолы.

Нагнетание в грунт какого-либо материала с целью устранения его водопроницаемости называется тампонажем.

22. Искусственно улучшенные основания, методы улучшения работы грунтов.

В наши дни проектирование оснований и фундаментов производится по предельным состояниям: по деформациям и по устойчивости.

Обязательное и необходимое условие проектирования по деформациям заключается в том, чтобы ожидаемые (расчетные) осадки фундаментов здания и разность осадок в данных инженерно-геологических условиях были бы меньшими, чем допустимые для данного сооружения.

В тех случаях, когда осадка фундаментов по расчету ожидается большей, чем допускается для данного типа сооружений, и увеличение площади фундаментов не уменьшает величину осадки до допустимых пределов или не обеспечивается устойчивость проектируемого сооружения, необходимо произвести искусственное упрочнение основания.

Методы искусственного улучшения оснований делятся на: механические, физические и химические.

К механическим методам относятся глубинное уплотнение грунтовыми и песчаными сваями, трамбование и виброуплотнение грунтов, замена грунтов основания более прочными грунтами, применение шпунтовых ограждений.

К физическим методам относятся уплотнение грунтов при помощи понижения уровня грунтовых вод и вертикальный дренаж грунтов основания.

К химическим методам относятся цементация, электрохимическое и термическое закрепления грунтов, однорастворный и двухрастворный химические методы закрепления грунтов.

Прочностные свойства грунтов в значительной степени зависят от пористости грунтов и от величины сцепления между частицами скелета грунта.

Увеличить прочность и уменьшить сжимаемость грунтов можно либо за счет уменьшения пористости грунта, либо путем увеличения сцепления между частицами скелета грунта.

Уменьшение пористости грунта достигается путем уплотнения грунта трамбовками, сваями и так далее.

Увеличение сцепления между частицами скелета создается при помощи термической обработки грунта, цементацией грунта различными химическими реагентами.

Уплотнение водонасыщенных грунтов может произойти только в процессе отжима воды из грунта. Поэтому для уплотнения водонасыщенных грунтов основания применяется дренаж или водопонижение.

Следует заметить, что для грунтов, обладающих определенной структурной прочностью, применяемые способы уплотнения грунтов должны быть такими, чтобы после уплотнения прочность грунтов во всей зоне уплотнения была бы больше начальной прочности структуры грунта.

Искусственное уплотнение грунтов широко применяется при возведении насыпей железных и автомобильных дорог, в основании фундаментов различных промышленных, гражданских, гидротехнических и других сооружений, при устройстве грунтовых подсыпок под полы зданий и сооружений.

23. Особенности проектирования и расчета фундаментов в сейсмических районах.

Лекции!

24. Реконструкция и усиление оснований и фундаментов.

Усиление оснований и фундаментов осуществляется при реконструкции зданий и сооружений для предотвращении осадок ниже допустимых. Описаны основные способы усиления фундаментов.

Под реконструкцией фундаментов зданий и сооружений понимается выполнение работ, проводимых в связи с изменением геометрических размеров зданий, возрастанием постоянных или временных нагрузок, устройством подземных сооружений в пределах габаритов здания, а также восстановлением (усилением) несущей способности оснований и фундаментов, утраченной вследствие суффозии, колебания уровня подземных вод и др., а также возникшими деформациями конструкций и их износом.

Надежность работы реконструируемых зданий обеспечивается совместной работой системы «основание, фундамент — подземные конструкции». Дефекты в работе сооружений — следствие полного или частичного нарушения надежного взаимодействия элементов этой системы:

- суффозионные процессы, а также колебания УПВ (уровня подземных вод), вызванные изменением гидрогеологических условий в районе расположения здания, атмосферными водами, аварийными и систематическими утечками из коммуникаций;

- проявление карстовых деформаций.

Повреждения оснований и фундаментов возникают за счет природных и техногенных процессов, за счет нарушений требований нормативных документов, допускаемых при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации. Основными причинами повреждений являются:

- снижение прочностных и деформационных свойств грунтов при увлажнении, а также проявление процесса набухания и пучения грунтов;

- проведение земляных работ в пределах здания или вблизи него;

- прокладка коммуникаций;

- увеличение нагрузок на основание, сопровождаемое появлением эксцентриситета их приложения;

- вибрационные или динамические воздействия как внутренние, так и внешние.

При реконструкции фундаментов отсутствует возможность применения типовых схем усиления. Схемы усиления должны применяться в каждом конкретном случае в зависимости от нагрузок на фундаменты, конструктивных особенностей здания (наличие подвала и других подземных сооружений), инженерно-геологических и гидрогеологических условий и др.

При этом применяемые методы усиления оснований и фундаментов должны обеспечивать их совместную работу с существующими фундаментами.

Следует учитывать, что работы по усилению оснований и изменению конструкций фундаментов могут вызвать при их осуществлении деформации оснований и осадки фундаментов.

Повышение несущей способности оснований и фундаментов при реконструкции может быть обеспечено за счет:

- изменения конструкции или размера фундамента;

- усиления физико-механических характеристик грунтов основания.

Обследование фундаментов.

Программа обследования составляется на основании технического задания заказчика и ознакомления с проектно-технической документацией реконструируемого здания.

Обследование конструкций фундаментов производится методом их вскрытия при проходке шурфов и других выработок.

По результатам обследования составляется технический отчет, содержащий результаты обследования и техническое заключение о возможности использования конструкций фундаментов и подземных сооружений при их реконструкции и рекомендации по типу рекомендуемых конструкций и технологии их устройства.

Реконструкция и усиление фундаментов на естественном основании.

Укрепление фундаментов.

В результате механических повреждений, осадочных трещин, растрескивания и расслоения тела фундамента вследствие промораживания, воздействия грунтовых вод, агрессивности среды, температурных перепадов материал фундаментов с течением времени теряет свою прочность и становится легко разрушимым.

Для восстановления кладки фундаментов из бутового камня, керамического кирпича, а также бетонных и железобетонных конструкций фундаментов используется метод инъектирования цементным раствором, синтетическими смолами и т.п. Для цементации в теле фундамента бурятся шурфы или пробиваются отверстия для установки инъекторов. Диаметр отверстий должен быть на 2-3 мм больше диаметра инъектора, диаметр инъектора обычно принимается равным 25 мм. Расстояние между инъекторами обычно принимают равным 50-100 см. Глубина погружения инъектора в тело фундамента принимается равной 0,4-0,6 толщины (ширины) фундамента. При давлении нагнетания закрепляющего раствора 0,2-0,6 МПа диаметр закрепления может составить 0,6-1,2 м.

Обычно при цементации тела фундамента проводят цементацию контакта «фундамент-грунт». Эта операция целесообразна в случае основания сложенного насыпными, песчаными, гравийно-галечниковыми грунтами. В случае залегания в уровне подошвы фундамента глинистых грунтов цементация контакта «фундамент-грунт» может привести к неконтролируемому распространению цементирующего раствора.

При неэффективности усиления дефектных фундаментов путем цементации, фундаменты могут быть усилены бетонными или железобетонными обоймами на всю высоту фундамента или его части. В фундаментах противоположные стенки обоймы соединяют арматурными стержнями, которые крепятся к арматуре обойм.

При устройстве обойм главным является обеспечение совместной работы нового бетона со старым или старой кладкой, после устройства обойм для дополнительного упрочнения фундамента можно провести инъекцию цементного раствора или синтетических смол во внутреннюю часть растрескавшегося или расслоенного фундамента.

Усиление фундамента обоймами, без углубления фундаментов, производят как без увеличения подошвы, так и с ее увеличением в случае недостаточной несущей способности основания, частичного разрушения фундамента или существенного возрастания нагрузки при реконструкции.

При большом увеличении нагрузки элементы укрепления фундаментов должны быть введены в работу путем предварительной передачи давления на основание (обжатия).

Усиление фундаментов.

Усиление фундаментов мелкого заложения может быть осуществлено путем их уширения и углубления подведением дополнительных конструктивных элементов. Такими элементами могут быть плиты, столбы или сплошные стены.

На участках длиной 1-2 м грунт под фундаментом удаляют и на месте изготавливают железобетонную монолитную плиту или монтируют заранее заготовленные железобетонные элементы. После обжатия грунта в основании гидравлическими домкратами и подклинки плиты, промежуток между плитой и подошвой старого фундамента заполняют пластичным бетоном с тщательным уплотнением.

В ряде случаев ленточный фундамент усиливают отдельными столбами. В этих случаях старый фундамент может быть усилен рандбалками.

Для переустройства столбчатого фундамента в ленточный между существующими фундаментами устраивается железобетонная стенка в виде перемычки. При необходимости устройства подвала перемычка делается на всю высоту столбчатых фундаментов.

Переустройство ленточных или столбчатых фундаментов в плитные производится путем подведения концов плит под существующие фундаменты (рис.11, 12) произведя расчет на скалывание зоны опирания ленточного или столбчатого фундамента и конца плиты.

В практике реконструкции возможно переустройство столбчатых фундаментов в перекрестно-ленточные и плитные, а также перекрестно-ленточных в плитные.

Необходимость устройства подвала, подземного сооружения, переноса подошвы фундамента на менее сжимаемые слои грунта и пр. становится причиной проведения работ по заглублению фундаментов реконструируемого здания.

Реконструкция и усиление свайных фундаментов.

Усиление ствола свай при отсутствии ростверка или при высоком ростверке производится с помощью железобетонной обоймы с толщиной стенок не менее 100 мм и площадью вертикальной арматуры не менее 1% площади сечения обоймы. Обойма устраивается на свободной части сваи и заглубляется в грунт не менее чем на 1 м.

Усиление верхних концов свай и мест их сопряжения с ростверком устраивается с помощью железобетонной обоймы, устраиваемой по всем ростверкам с отрывкой мелкого котлована.

Усиление ростверков, разделка трещин и других повреждений производятся аналогично усилению фундаментов мелкого заложения.

Для усиления свайных фундаментов, имеющих недостаточную несущую способность, используются те же сваи, которые используются для усиления фундаментов мелкого заложения.

Разбивка осей новых свайных фундаментов должна производиться с надежным закреплением относительно осей существующих свай здания.

Закрепление грунтов и усиление грунта основания.

Закрепление грунтов и усиление грунта основания способом инъекции химических растворов и цементных суспензий применяется при реконструкции гражданских зданий и исторической застройки.

Цементация контакта фундамент-грунт выполняется при наличии пустот под подошвой фундамента.

Химическое закрепление грунтов применяется для создания пристенной наружной гидроизоляции подземных конструкций реконструируемых зданий, а также для ликвидации очагов водопритока в ограждающих стенках котлованов.

Инъекционное закрепление распространяется на грунты, обладающие достаточной водопроницаемостью, включая песчаные, крупнообломочные, трещиноватые скальные и полускальные грунты.

25. Особенности проектирования фундаментов на просадочных грунтах.

Лекции!

26. Особенности проектирования фундаментов на илах и заторфованных грунтах.