11. Цементация и силикатизация оснований. Область применения.

Использование высоконапорных инъекций или струйной технологии позволяет решать широкий круг геотехнических задач. Эта технология широко используется для глубокого перемешивания грунтов на глубине с их закреплением и создания любых по конфигурации массивов. Как видно из рис. 11.8, можно успешно закрепить массив грунта под строящимся зданием (рис. 11.8, а),

обеспечить устойчивость зданий и сооружений при глубоких проходках в непосредственной близости от них (рис. 11.8, б), обеспечивать надежную эксплуатацию зданий в сложных условиях ведения работ (рис. 11.8, в, г).

Технология заключается в погружении устройства для перемешивания грунта с вяжущим материалом. Устройство снабжено специальными соплами, через которые подается раствор под давлением до 150 атм и более. Это способствует быстрому погружению и образованию массива до 3, 0 м в диаметре. Укрепленные массивы цилиндрической формы в зависимости от вида и состояния закрепляемого грунта, могут располагаться на различном расстоянии друг от друга при плотности заполнения Sp от 34, 9 до 97%. В качестве примера можно привести фундамент, который устраивается на закрепленном массиве, передающем давление на относительно прочные грунты основания.

Силикатизация заключается в нагнетании в грунт (через инъ-екторы) химических растворов, которые, реагируя между собой или с содержащимися в грунте солями, образуют гель кремниевой кислоты. При закреплении основания, с целью увеличения его несущей способности, глубину укрепляемой зоны принимают такой, при которой обеспечиваются устойчивость залегающего ниже грунта и осадка меньше предельных значений. Размеры закрепленного массива в плане принимают выступающими за грани фундаментов не менее чем на 0,2 м. В зависимости от вида закрепляемого грунта применяют двух- и однорастворный способ силикатизации.

Двухрастворный способ используют для закрепления песков с коэффициентом фильтрации от 2 до 80 м/сут Он заключается в поочередном нагнетании в грунт растворов силиката натрия и хлористого кальция. Концентрация раствора силиката натрия (жидкого стекла) назначается в зависимости от коэффициента фильтрации закрепляемого песка:

Плотность раствора хлористого кальция принимают 1,26...1,28 г/см³.

Однорастворный способ применяют для закрепления лессовых грунтов, мелких и пылеватых песков. При силикатизации лес-сов в грунт инъектируется раствор жидкого стекла с модулем 2,б...З и плотностью 1,13 т/м³. Силикат натрия вступает во взаимодействие с имеющимися в лессе солями, которые способствуют образованию геля кремниевой кислоты. Для закрепления мелких и пылеватых песков в них нагнетают один из сложных гелеобразующих растворов.

При омоноличивании колонки грунта одиночным инъектором (рис. 11.5, о) принимают радиус закрепления.

Для закрепления массива грунта инъекторы располагают в плане в шахматном порядке (рис. 11.5, б). Закрепление грунтов по глубине производят по зонам — «заходкам», которые на 0,5 R превышает длину перфорированной части инъектора, равной 0,5... 1 м. При двухрастворном способе вначале нагнетают жидкое стекло заходками сверху вниз, а затем раствор хлористого кальция — заходками снизу вверх. На рис. 11.5, в показано закрепление грунтов одной, а на рис 11.5, г - тремя заходками.

Количество инъектируемого в грунт раствора, л,

Значение коэффициента а принимают для крупных и средней крупности песков — 500 мелких и пылеватых - 1200 лессов — 800 л/м³.

Нагнетание растворов в грунт производят медленно и равномерно.

13.В практике современного строительства применение свайных фундаментов из сборных железобетонных свай и набивных опор оказывается целесообразным в зданиях и сооружениях, передающих значительные нагрузки на основание.

Если на строительной площадке возможно возникновение значительных неравномерных осадок, вызывающих дополнительные усилия в надземных конструкциях, то для их уменьшения также может быть рекомендовано устройство свайных фундаментов. Одновременно может быть достигнута существенная экономия материальных средств, так как вместо фундаментов со значительными размерами в плане можно ограничиться небольшим количеством свай.

При условии залегания на значительной глубине грунтов, которые могут быть использованы в качестве оснований, как правило, применяют свайные фундаменты, которые способны передать нагрузки на большие глубины по сравнению с фундаментами, возводимыми в открытых котлованах.

Кроме того, свайные фундаменты часто применяют в случаях, когда возведение фундаментов в открытых котлованах нерационально из-за большого объема земляных работ, высокого расположения уровня подземных вод и связанной с этим необходимостью выполнения дорогостоящих работ по искусственному водопониже-нию, а также больших затрат на крепление стенок котлованов или необходимостью сохранения природной структуры грунтов. Экономический эффект получают в основном за счет уменьшения объемов земляных работ и существенно большего уровня индустриализации при свайных работах по сравнению с монтажом фундаментных блоков. Однако условия применения свайных фундаментов должны быть экономически обоснованы на основании технико-экономического сравнения вариантов проектных решений.

Рис. 10.9. Схема передачи нагрузки на грунт в основании свайного и обычного фундаментов: 1 — область сжатия грунтов основания

Рис. 10.10. Конструкция соединения свай с ростверком при свободном соединении: а — квадратных свай с монолитным ростверком; б — то же, с полой круглой сваей; в — сопряжение с монолитным ростверком с помощью сборного оголовка; г — сопряжение квадратной сваи со сборной колонной с помощью сборной насадки; д, е — сопряжение полых круглых свай со сборными колоннами; 1 — монолитный ростверк; 2 — бетонная подготовка; 3 — заполнение бетоном; 4 — заполнение полости сваи грунтом; 5 — полая круглая свая; 6— сборный оголовок; 7 — свая с квадратным поперечным сечением; 8 — колонна; 9 — сборная железобетонная насадка

Рис. 10.11. Конструкции соединения свай с ростверком при жестком соединении: а — квадратной сваи с монолитным ростверком; б — то же, полой круглой сваи; « — квадрат-вой сваи с помощью сборного железобетонного оголовка; г — квадратной сваи со сборным ростверком; д — то же, полой круглой сваи; 1 — монолитный ростверк; 2 — выпуски арматуры; 3 — бетонная подготовка; 4 — свая квадратного поперечного сечения; 5 — полая круглая свая; 6 — сборный ростверк; 7 — заполнение бетоном

Используя свайные фундаменты, необходимо иметь в виду, что в зависимости от ширины ростверка и соотношений между его шириной и длиной свай условия работы грунтов будут разными. Чем шире ростверк, тем менее (при одинаковых длинах свай) эффективны свайные фундаменты. Сравнивая работу свайного фундамента с широким ростверком с работой фундамента, возводимого в открытом котловане, оказывается, что объем грунта, включающийся в работу в первом и втором случаях, мало отличаются друг от друга (рис. 10.9, а) для одного и того же сооружения. Под узким фундаментом при длинных сваях объемы грунта приблизительно одинаковы, но в свайном фундаменте в работу включаются более глубокие слои грунта, имеющие, как правило, меньшую сжимаемость (рис. 10.9, б) и более высокую несущую способность.

Конструкция сопряжения свай с ростверком во многом определяется характером передаваемых на сваю усилий, а также конструкциями ростверка и свай.

Примеры конструктивного решения сопряжения свай с различными типами ростверка при свободном соединении показаны на рис. 10.10, а при жестком соединении на рис. 10.11. Соединение бурона-бивных свай с несущими конструкциями показано на рис. 10.12.

Рис. 10.12. Конструкции соединений набивных свай с колоннами: с помощью монолитного оголовка; б — с помощью сборной насадки; 1 — колонна; 2 — монолитный оголовок; 3 — бетонная подготовка; 4 — набивная свая; 5 — сборная насадка