3.3.2. Глубинное уплотнение грунтовыми сваями

Сущность глубинного уплотнения грунтов заключается в том, что при помощи инвентарной пустотелой сваи (или другим методом) пробивается скважина, а вытесненный объем заполняется с уплотнением мест­ным глинистым грунтом (при уплотнении просадочных) или песком (при уплотнении рыхлых песчаных и слабых глинистых водонасыщенных грунтов). Соответственно первые называет грунтовыми сваями, а вторые - песчаные сваи - дрены, поскольку они не только способствует уплотненно, но и ускоряет процесс консолидации водонасыщенного грунта.

Глубинное уплотнение просадочных грунтов (при степени влажности S_r<0,75) грунтовыми сваями выполняется с целью:

• устранения проселочных свойств грунтов в пределах просадочной толщи;

• создания в основании зданий сплошного маловодопроницаемого экрана из уплотненного грунта;

• устройство противофильтрационных завес из уплотненного грунта.

Расстояния l_скв между центрами скважин определяется по формуле

l_скв=0.95d , (3.75)

где d - диаметр скважин (грунтовых свай), м, принимаемый равным при пробивке их стаканами ударноканатного бурения d=0.5 м , а при использовании энергии взрыва – d=0.4 м;

и - аналогичные формуле (3.65).

На площадках с I типом грунтовых условий по просадочности уплотнение грунтовыми сваями осуществляют в пределах всей глубины дефор­мируемой зоны h_деф, а при h_деф > Н - в пределах всей величины проселочной толщи Н , причем после уплотнения принимают равным 16,5 кН/м³. На площадках со || типом грунтовых условий по просадочности уплотнение производят на всю величину проселочной толщи Н , причем в верхней половине ее после уплотнения 16,5 кН/м³ , а в нижней - I7,0- кН/м³.

Количество грунтового материала по весу (в кН/м) при оптимальной влажности, необходимое для набивки 1м длины грунтовой сваи, опреде­ляется по формуле

q=k_c (1+W_уп) , (3.76)

где k_c - коэффициент, зависящий от вида уплотняемого грунта и принимаемый равным 1,4 для супесей и 1,1 для суглинков и глин;

- площадь поперечного сечения сваи при проектном диаметре скважины d;

- обьемный вес уплотненного грунта в теле грунтовой сван, равный 17,5 кН/м³;

W_уп - влажность грунта, засыпаемого в скважину.

Площадь уплотняемого основания определяют, принимая ширину до­полнительной полосы за контуром подошвы фундамента в каждую сторону:

• при I типе грунтовых условий по просадочности на 0,2b, но не менее 0,8 м;

• при П типе - 0,2 Н .

Грунтовые сваи в уплотненном массиве размещают в шахматном по­рядке - по вертикали равностороннего треугольника, причем число ря­дов не должно быть менее трех. Во всех случаях число грунтовых свай непосредственно под фундаментами колонн здания или сооружения долж­но быть не менее восьми.

Уплотнение грунтовыми сваями выполняется в котлованах, размера­ми на 3 м большими в каждую сторону размеров уплотняемой площади. От­метка дна котлованов назначается с учетом последующей частичной срез­ки буферного слоя из того расчета, чтобы оставшаяся толщина его не превышала I,5 м. Доуплотнение буферного слоя осуществляется тяжелыми трамбовками.

Толщина буферного слоя h_в принимается в зависимости от диаметра скважины d равной

h_в = к_в d

где к_в – коэффициент пропорциональности, принимаемый равным 4 для супесей, 5 – для суглинков, 6 – для глин.

Для изготовления песчаных свай- дрен используют вибропогружатель или свайный молот с помощью которого погружается до заданной отметки обсадная труба диаметром 400-500мм с инвентарным раскрывающимся наконечником. После заполнения обсадной трубы песком и заливки его водой наконечник раскрывается. В процессе подъёма обсадной трубы краном с помощью вибратора ( или вибропогружателя), установленного на верхней части обсадной трубы, происходит уплотнение песка в скважине.

Уплотнение грунта производится с отметки, превышающей отметку подошвы фундамента на 1 м. Этот буферной слой затем убирается. При уплотнении глинистых водонасыщенных грунтов на уплотнение основание отсыпается песчаная (до 25), либо гравийная или щебеночная (10-15) подготовка, выполняющую функцию горизонтального дренажа.

Расчёт песчаных свай заключается в определении их количества и веса засыпаемого в скважины песка. Отношение площади сечения песчаных свай к 1м² уплотняемого основания определяется величиной w, значение которой устанавливают по формуле:

W= e-у_en/ 1+e , (3.78)

Где e- среднее значение коэффициента пористости грунта в пределах уплотняемой толщи;

e_yn- то же для уплотняемого грунта, принимается равным 0,6 для рыхлых песчаных и 0,65 для глинистых водонасыщенных грунтов

Общее число свай в уплотняемом основании состовляет

N= w*F/ Ω , (3.79)

Где Ω- площадь поперечного сечения сваи;

F- площадь уплотняемого основания, определяемая по формуле:

F= 1.2 ( L+0.2b) (3.80)

Где L и b - соответственно длина и ширина фундамента

Количество засыпаемого в скважину песка q по весу на 1м длины сваи определяют по формуле:

Q=Ω γ_s / 1+L_yn (3.81)

Где γ_s - удельный вес засыпаемого песка;

Ω, L_ynw_yn - обозначения, принятые в формуле (3.81)

Размещение песчаных свай в плане производится по аналогии с грунтовыми сваями. Расстояние между осями скважины Lскв принимают в зависимости от целей уплотнения. При использовании песчаных свай для повышения несущей способности величину Lскв возможно определять по формуле (3.75) В тех случаях, когда песчаные сваи выполняют функцию вертикальных дрен, то значение Lскв определяют специальным расчётом в зависимости от величины степени консолидации в горизонтальном и вертикальном направлениях; последние зависят от соответствующих значений коэффициентов фильтрации. Допускается принимать Lскв для свай- дрен в глинистых грунтах 2-2,5 м и в песчаных 2,5-3м.

При расчёте оснований, уплотнённых грунтовыми или песчаными сваями, допускается руководствоваться следующими соображениями.

1. Условные расчётные давления R₀ на основания для уплотненных грунтовыми сваями просадочных грунтов следует принимать не менее 250кПа _, для уплотнённых песчаными сваями песчаных грунтов- 300кПа и глинистых водонасыщенных - 250кПа.

2. Нормативные значения удельного сцепления, угла внутреннего трения и модуля деформации следует принимать по табл. 1-3 приложения 2 СНиП 2.02.01-83 в зависимости от вида и состояния по влажности по влажности уплотняемого основания, а также среднего значения по влажности уплотняемого основания, а также среденего значения коэффициента пористости в пределах уплотнённой толщи e_{yn .} Величина e_yn при заданном в проекте среднем значении объёмного веса скелета уплотнённого грунта γ_ск._yn определяется по формуле

eyn= γ_s/γ_ск.yn -1 (3.82)