Конструктивные решения и технологические приемы усиления оснований

Все способы усиления и восстановления оснований можно разделить на две основные группы:
1) усиление путем закрепления грунтов;
2) повышение прочности оснований глубинным уплотнением грунтов.

1) Принципы, организация и технология производства работ при усилении и оснований закреплением грунтов
Усиление основание путем закрепления грунтов заключается в связывании частиц грунта. Закрепление повышает механическую прочность, водоустойчивость, долговечность. В зависимости от технологии закрепления и процессов, происходящих в грунте, методы закрепления делятся на три вида:

А) Химические – в грунт через предварительно погруженные в него перфорированные трубы (инъекторы) нагнетают маловязкие растворы. Находясь в грунте растворы вступают в химическую реакцию с грунтом и, отверждаясь в нем, улучшают химические свойства основания.
Химические способы делятся на две группы:

1. способы, использующие силикатные растворы и их производные,

2. способы, применяющие органические полимеры (акриловые, карбомидные, резорцинформальдегидные, фурановые смолы)

1. При однорастворной силикатизации в грунт инъецируется гелеобразующий раствор, состоящий из двух или трех компонентов: растворы силиката натрия и отверждающего реагента (раствор кислот, органических составов). В результате протекающей реакции грунт цементируется гелем кремниевой кислоты.
При двухрастворной силикатизации процесс закрепления сводится к поочередному нагнетанию в грунт раствора силиката натрия и раствора хлористого калия. В процессе взаимодействия растворов образуется гидрогель кремниевой кислоты. Песок после инъекции становится водонепроницаемым.
При газовой силикатизации качестве отвердителя силиката натрия используют углекислый газ. Газ нагнетают в грунт для его предварительной активизации. После этого инъецируют силикат натрия, а затем в грунт подают углекислый газ. Способ применяется для песчаных и просадочных лессовых грунтов, а также грунтов с высоким содержанием органических веществ.

При электросиликатизации используется комбинированное применение постоянного электрического тока и силикатных растворов. Способ предназначен для закрепления переувлажненных мелкозернистых грунтов и супесей, а также лессовых грунтов, в которых жидкое стекло проникает с трудом.
При аэросиликатизации грунтов используют сжатый воздух, который подают в грунт вместе с закрепляющим раствором жидкого стекла. Подача сжатого воздуха позволяет получить в грунте радиально направленные от инъектора лучеобразные участки закрепленного грунта.

2. При аммонизации в грунт под небольшим давлением нагнетается газообразный аммиак. Метод позволяет придать лессовым грунтам свойства непросадочности.
При смолизации в грунты инъецируются водные растворы синтетических смол (карбомидных, эпоксидных, фурановых и др.) вместе с отвердителями (кислотами, кислыми солями). После взаимодействия с отвердителями смола полимеризуется. Смолизация используется при закреплении песчаных с коэффициентом фильтрации 0,5…45 м/сут. и лессовых грунтов.

Выбор способа и зон химического закрепления грунта зависит от характеристики основания, формы и размеров фундамента, действующих нагрузок. Зоны закрепления в плане могут быть ленточными, сплошными, прерывистыми, кольцевыми и фигуристыми. В зависимости от этого и свойств грунта определяется расстояние между инъекторами и их положение (вертикальное, наклонное, горизонтальное, комбинированное (рис.4).

Рис. 4 Варианты расположения инъекторов

при закреплении грунтов оснований:
1 – фундамент; 2 – инъектор;

3 – зона закрепления; 4 - шахта

Б) Физико-химические методы закрепления грунтов:

1. цементация,

2. грунтоцементация,

3. битуминизация,

4. глинизация.
При цементации в грунт через инъекторы нагнетается цементный, цементно-песчаный или цементно-глинистый раствор. Добавка глин до 5 % способствует улучшению качества работ. Метод применяют для закрепления песчаных, крупнообломочных грунтов и трещиноватых скальных пород.

При грунтоцементации для укрепления оснований устраивают грунтоцементные (илоцементные) сваи. Для устройства свай грунт в пробуриваемой скважине перемешивается с вяжущим материалом без выемки его из скважины. Метод применяется для закрепления слабых грунтов при возведении вблизи эксплуатируемых зданий новых, создании подземных конструкций в слабых грунтах (например, илосвай, грунтоцементных ленточных фундаментов и т.п.), устройстве противофильтрационных завес и др.
При глинизации для заполнения скважин используют глинистые растворы. Применяется она в трещиноватых породах.
При битуминизации в качестве инъецируемого вещества используют разогретый битум или холодную битумную эмульсию. Способ рекомендуется для песчаных грунтов с коэффициентами фильтрации 10…50 м/сут. Из-за сложности технологии метод применяется очень ограниченно.

В) Термическое закрепление грунтов (обжиг) применяется в основном при закреплении просадочных грунтов. В пробуренных в грунте скважинах сжигают газообразное, жидкое или твердое топливо.
Одновременно в скважину подают воздух. Обжиг производят при температуре 400…800 С в течение 5…10 дней. Вокруг скважины образуется столб закрепленного грунта диаметром 1,5…3,0 м с прочностью 1…3 Па.
Электротермический способ обжига грунта - в качестве источника используются нихромовые электронагреватели. Скважины во всех случаях могут пробуриваться вертикально, наклонно и горизонтально.

Перед производством работ по закреплению грунтов следует:
1.уточнить расположение подземных коммуникаций, а также расположение и состояние сооружений, находящихся вблизи места закрепления;
2.подготовить бригаду исполнителей, предварительно прошедших курс обучения технологии производства работ;
3.обеспечить наличие предусмотренного проектом комплекта оборудования и материалов;
4.выполнить контрольное закрепление грунта и провести его испытания.

Производство закрепления грунтов включает последовательно следующие виды работ:
1.подготовительные и вспомогательные работы, включая приготовление закрепляющих растворов;
2.работы по погружению в грунты инъекторов и бурению, а также по оборудованию инъекционных скважин;
3.нагнетание закрепляющих реагентов в грунты;
4.извлечение инъекторов и заделку инъекционных скважин;
5.работы по контролю закрепления.

2) Принципы, организация и технология производства работ при усилении оснований глубинным уплотнением грунтов.

1. механические способы,

2. устройство грунтовых свай,

3. включение в основание жестких элементов.
1. Способ устройства грунтовых свай основан на погружении штампов, которые образуют скважины с вытеснением грунта радиально в стороны. В результате этого грунт вокруг скважины уплотняется. Погружение штампа выполняется проколом, забивкой, вибрированием. В отформованную скважину засыпают местный грунт или песок, песчано-гравийную смесь, щебень и снова ее отформовывают. Операции повторяют до тех пор, пока усредненная плотность грунтового массива не станет равной требуемой. Наибольший эффект уплотнения достигается при шахматном расположении скважин. Расстояние между осями скважин зависит от диаметра уплотняющего органа и требуемого коэффициента уплотнения.
Недостатком такого способа является наличие при забивке элементов колебаний, могущих вызвать недопустимые осадки зданий.