24. Поверхностное и глубинное уплотнение. Уплотнение грунта статической нагрузкой

Поверхностное уплотнение грунтов чаще всего производиться тяжелыми трамбовками. Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками применяется с целью увеличения плотности грунтов, обеспечения равномерности осадок зданий и сооружений, возводимых на сильно и неравномерно сжимаемых естественных насыпных основаниях, рыхлых песчаных грунтах, устранения просадочных свойств макропористых глинистых грунтов, для уплотнения слабых глинистых, уменьшения водопроницаемости глинистых грунтов в основаниях бассейнов, резервуаров для воды и т.д.

Уплотнение тяжелыми трамбовками применяется при степени влажности S_r ≤ 0,6…0,7 и плотности сухого грунта ρ_d ≤ 1,55 т/м³. Крупнообломочные грунты уплотняются при любой влажности.

Уплотнение грунтов производится при оптимальной влажности. Оптимальную влажность глинистых грунтов, уплотняемых трамбованием, при отсутствии данных непосредственного ее определения рекомендуется принимать: ω_о = ω_р – (1…3) %. Для песков крупных и средней крупности ω_о = 8…12 %, для песков мелких и пылеватых ω_о = 12…18 %.

Если естественная влажность ω меньше оптимальной влажности, т. е

ω < ω_опт, количество воды V, т/м³ для заливки котлована или траншеи для получения оптимальной влажности на 1 м² уплотняемого основания определяется по формуле где ω_о – оптимальная влажность в процентах; и ω – естественная влажность в процентах; ρ_s – плотность частиц грунта; H – глубина уплотняемой зоны.

В тех случаях, когда естественная влажность превышает оптимальную

(ω > ω_опт), грунт перед уплотнением подсушивают так, чтобы ω = ω_опт.

Трамбование производится сбрасыванием трамбовки массой от 2 до 10 т и более с высоты 4…8 м и более по всей площади сооружения или в отдельных котлованах под фундаменты. Трамбованием создается уплотненный слой толщиной от 1,5 до 6 м и более.

Уплотняемая площадь основания должна превышать площадь фундамента за счет полосы, шириной не менее чем 1 м, выступающей за пределы фундамента.

После определения размеров фундамента в плане определяем параметры уплотненного основания.

Не рекомендуется оставлять слабый слой небольшой мощности в пределах сжимаемой толщи.

Глубина уплотнения тяжелыми трамбовками h_s определяется по приближенной формуле h_s = k·d , где d – диаметр основания трамбовки, м; k – коэффициент, принимаемый по данным экспериментальных исследований.

Понижение трамбуемой поверхности (или недобор грунта до проектной отметки заложения фундаментов Δh) определяется по формуле:

Δh = 1,2 h_упл (1 – ) , где h_s – толщина уплотненного слоя, м; ρ_d – плотность сухого грунта до уплотнения, т/м³;ρ_d,упл– плотность сухого грунта после уплотнения, т/м³.

С учетом разрыхления поверхности уплотняемого грунта при трамбовании (принимается в пределах 10…15 см) назначают величину недобора грунта до проектной отметки Δh_недоб = Δh + (10…15) , м, тогда глубина котлована равна h = h_s – Δh_недоб .

Далее проверяем прочность грунта подстилающего уплотненного основания из условия σ_zp + σ_zq ≤ R_z .

Глубинное уплотнение песчаных грунтов в состоянии водонасыщения проводится специальными глубинными вибраторами двумя способами: опусканием вибратора (вибробулавы) в песок или погружением стержня совместно с расположенным в его верхней части вибратором. Виброуплотнение позволяет уплотнять водонасыщенные пески на глубину 1…10 м, реже до 20м.

Уплотнение грунта водопонижением основано на снижении уровня подземных вод. Это приводит к повышению напряжения на скелет грунта и вызывает его уплотнение. Таким образом уплотняются слабые глинистые грунты, заторфованные супеси, ленточные глины и др. Вода отжимается чаще всего с помощью иглофильтровых установок, Однако некоторые слабофильтрующие глинистые грунты отдают воду с большим трудом, поэтому для усиления оттока воды применяют электроосмос. Откачивая воду, собирающуюся у катода, проводят обезвоживание грунта и его уплотнение.

25. Проектирование грунтовой подушки

Грунтовые подушки под фундаменты делают из крупного и средней крупности песка, гравия или щебня, связного грунта и других материалов. К материалу подушек предъявляют требования: удобоукладываемость с заданной плотностью, малая сжимаемость, относительно высокое сопротивление сдвигу, устойчивость его при увлажнении и движении подземных вод. Применение грунтовых подушек позволяет:

1) уменьшить глубину заложения фундамента, в этом случае подушка воспринимает нагрузку от фундамента и передает ее на более прочный нижележащий слой;

2) уменьшить давление на слабый грунт путем распределения нагрузки от сооружения на большую площадь.

Кроме того, подушка препятствует выпиранию грунта из-под подошвы фундамента и уплотняет основания своим весом до возведения сооружения, благодаря чему уменьшается его осадка.

Гравийные подушки обладают большей жесткостью, чем песчаные. Песчаные подушки устраиваются следующим образом: слабый грунт выбирается на некоторую проектную глубину и заменяется песком, крупным, средней крупности, который укладывается слоями по 15…20 см. или сразу в пределах всей ее высоты. Каждый слой уплотняется трамбовкой или вибрированием. Одновременно производится поливка каждого слоя водой. При отсутствии результатов опытного уплотнения допускается плотность грунта в сухом состоянии принимать не менее:

– для подушек однородных крупных и средних песков ρ_d,s ≥ 1,6 т/м³;

– для неоднородных крупных и средних песков ρ_d,s ≥ 1,65 т/м³.

При необходимости песок доувлажняют или подсушивают до оптимальной влажности ω_опт = 0,07…0,11 (в долях единицы) — для песка крупного и гравелистого и ω_опт = 0,1…0,15 — для песка мелкого и средней крупности.

В соответствии с физическими характеристиками грунта материала подушки производят классификационную оценку их свойств как основания фундамента, определяя плотность сложения и степень водонасыщения грунта.

После определения размеров фундамента в плане конструируем грунтовую подушку, определяя ее высоту и размеры в плане.

Расчет грунтовой подушки сводится к определению минимально необходимой ее толщины h_s = z, при которой будет соблюдаться условие в уровне подошвы подушки: σ_zp + σ_zq ≤ R_z (1), где σ_zp и σ_zq – вертикальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента, соответственно от нагрузки на фундамент и от собственного веса грунта, кПа; R_z – расчетное сопротивление грунта пониженной прочности на глубине z, кПа, вычисленное как для условного фундамента шириной b = b_z = , м, a = (ℓ- b)/2,

A_z = ; где ΣN – вертикальная нагрузка на основание от фундамента (с учетом веса фундамента и грунта на его уступах, т. е. ΣN = N + γ_ср ·d·b·ℓ); ℓ и b –

–соответственно длина и ширина фундамента, м.