3.4 Глубинное уплотнение грунтов

Глубинное уплотнение производят на всю глубину слабого слоя или на всю глубину сжимаемой толщи, влияющей на осадку. Этот способ чаще всего применяется при уплотнении рыхлых мелких и пылеватых песков, в том числе с прослойками и линзами связных пылевато-глинистых грунтов и илов.

Глубинное динамическое уплотнение. Уплотнение рыхлых грунтов производят вибробулавами, взрывами, с помощью электроискровых импульсов и другими способами.

Вибробулавами уплотняют водонасыщенный песчаный грунт на глубину до 10 м. Если влажность недостаточна, в грунт по перфорированной трубе, погружаемой рядом с вибратором, подается вода (рисунок 3.4).

Г лубинные водонасыщенные рыхлые песчаные грунты можно уплотнять при помощи камуфлетных взрывов зарядов аммонита весом 20–50 Н. Взрывы производят с 2–3-кратной повторностью. Другие методы еще не нашли широкого применения.

Устройство песчаных свай. Слабые глинистые грунты, рыхлые и слабые мелкие и пылеватые пески, в том числе с прослойками и линзами глинистых грунтов и илов, можно уплотнить песчаными сваями до глубины, на которой давление от сооружения становится допустимым для нижележащих слоев в их естественном состоянии.

Рисунок 3.4 – Гидровиброуплотнитель для песчаных грунтов

Песчаные сваи не являются прочными несущими стержнями, а являются лишь средством уплотнения и улучшения грунтов основания. Сваи в плане размещают в шахматном порядке (рисунок 3.5). На уплотненном основании фундамент возводят как на естественном. Порядок проектирования следующий:

1) определяют характеристики грунта по данным изысканий;

2) производят пробное уплотнение грунта и определяют коэффициент пористости е, модуль деформации Е и расчетное сопротивление R, испытывают основание штампом площадью не менее 4 м². Среднее значение коэффициента пористости после уплотнения принимают: для песков мелких – 0,55–0,70, песков пылеватых – 0,60–0,75, суглинков и глин – 0,65–0,85;

3) определяют значение площади уплотненного основания

где l и b – соответственно длина и ширина фундамента, м.

Число рядов свай принимают не менее 3, при этом центры крайних рядов свай должны выступать за грани фундамента не менее чем на 1,5d (d – диаметр инвентарной трубы);

4) устанавливают расстояние L между сваями из условия, чтобы грунт приобрел проектную плотность во всем уплотняемом массиве:

где е и е_с –коэффициенты пористости грунта соответственно до и после уплотнения;

5) определяют число свай:

где А_с и А – соответственно площадь уплотняемого основания и сечение сваи, м².

Изготавливают песчаные сваи в инвентарных обсадных трубах (рисунок 3.6) диаметром 400–500 мм с закрывающимся башмаком в нижней части. Погружают инвентарные трубы в грунт свайными молотами или вибропогружателями. После погружения обсадной трубы ее заполняют песком на 1 м выше уплотняемой поверхности и заливают водой до уровня верха песка. Затем включают вибратор и постепенно поднимают обсадную трубу. При этом башмак раскрывается, и водонасыщенный песок под действием вибрации вытекает в скважину с одновременным уплотнением.

Рисунок 3.6 – Оборудование для устройства песчаных свай: 1 – инвентарная труба; 2 – отверстие для засыпки песка; 3 – вибропогружатель; 4 – стальная труба; 5 – створки; 6 – кольцо

Рисунок 3.5 – Схема основания, уплотненного песчаными сваями

Уплотнение грунтов грунтовыми сваями. Грунтовые сваи применяются для уплотнения просадочных грунтов. Изготовление скважины осуществляется за счет вытеснения грунта в стороны при забивке инвентарной сваи. Такая свая состоит обычно из металлической трубы d = 273 мм и инвентарного башмака диаметром 300 мм. Заполнение скважины всегда производится местным грунтом оптимальной влажности с послойным уплотнением трамбовками массой до 3 т.

Обычно грунт становится непросадочным при плотности сухого грунта _d > 1,6 т/м³. Из-за сложности контроля за процессом уплотнения, в проектах предусматривают плотность сухого грунта до _d = 1,65–1,75 т/м³.

Ширина зоны уплотненного грунта в плане должна выступать за контур фундамента во все стороны не менее 0,1b, где b – ширина фундамента, но не менее 0,5 м. Тогда площадь уплотняемого основания, м²,

,

где l и b – длина и ширина фундамента; – ширина полосы уплотненного грунта вокруг фундамента.

Для грунтов, у которых просадки проявляются при незначительных давлениях, принимают = 0,2b, а при II типе просадочной толщи – не менее 0,5 величины этой толщи.

Уплотнение просадочных грунтов замачиванием. Для уплотнения лессовых и лессовидных грунтов на площадке бурят скважины, которые засыпают песком, а в песок подают воду до тех пор, пока не произойдет замачивание грунта на всю глубину. Под действием собственного веса грунт в нижней части просадочной толщи постепенно уплотняется, теряя свои просадочные свойства (деградация грунта). Грунт в верхней части остается недоуплотненным, и выполняется его поверхностное уплотнение трамбованием. Возможно предварительное замачивание совместно с глубинными взрывами.