2.2.6.Ущільнення просадкових ґрунтів піщано-вапняними палями

Даний спосіб ущільнення просадкових ґрунтів рекомендується застосовувати на майданчиках I і II типів ґрунтових умов по просадковості, як на підтоплюваних, так і на непідтоплюваних територіях.

Суть цього способу полягає в використуванні енергією гидратації негашеного вапна СаО в свердловині для ущільнення ґрунту навкруги свердловини. Технологічна послідовність влаштування піщано-вапняних паль забезпечує ущільнення ґрунту навколо свердловини усуненням просадкових властивостей ґрунту. Роботи виконуються в наступній послідовності:

1. З дна котловану пробурюють шнековим бурінням або пробивають верстатом ударно-канатного буріння свердловини заданого діаметра (d_cкв 400 - 500 мм) до заданої глибини (в межах деформованої зони h_slp менше межі стиснутої зон що деформується, а при h_slp межі стиснутої зон в межах величини просадкової товщі, для майданчиків I типу грунтових умов по просадковості, і всю просадкову товщу H_sl, для майданчиків II типу ґрунтових умов по просадковості).

2. В свердловини засипають окремими порціями масою m – суміш меленого негашеного вапна (3 частини за об'ємом) і дрібнозернистого кварцевого піску (1 частина за об'ємом) ретельно перемішаною в мішалці, що обертається, і ущільнюють суміш "ущільнюючим" наконечником до щільності ρ_см 1,50 т/м³ (але не менш природної щільності ущільнюваного ґрунту).

3. В процесі засипки суміші для непідтоплюваних територій в свердловину опускають перфоровану (можна поліетиленову) трубу діаметром Ø 1¹/₄ (дюйма).

4. Після засипки і ущільнення суміші свердловини тампонують тощим бетоном на глибину буферного шару (h_б= 2,5 - 3,0 м) і котлован здається під закладення (бетонування) фундаментів мілкого закладання на штучній основі.

5. Після бетонування фундаментів і зведення будівлі (без передачі корисного навантаження) виконують замочування суміші в свердловині, подаючи воду у трубопровід укладений в свердловину. Підключення трубопроводу здійснюється через водопровідну сіть, змонтовану для цих цілей.

При замочуванні суміші в свердловині відбувається гідратація вапна по наступній реакції: СаО+Н₂О=Са(ОН)₂+Q (2.29)

В процесі гідратації вапна виділяється велика кількість тепла (277 кКал/кг) і вапно збільшується в об'ємі в 1,32 рази. Одночасно з цим процес гідратації вапна супроводжується структурною зміною гашеного вапна, яке розпушується і збільшується в об'ємі в 7-8 раз. Таким чином загальне збільшення об'єму гашеної вапняно-піщаної сумішші складає від 8-9 разів. При цьому в свердловині створюється додатковий тиск, який перевищує 7-8 атмосфер. Цей тиск передається на стіни свердловини і ущільнює ґрунт навкруги свердловини. Наявність у вапні добавки піску створює умови для утворення гідросиліката кальція (висока температура t 280-300 ºС), тиск 7-8 атмосфер відповідають автоклавному процесу при виробництві силікатної цегли).

В результаті гідратації вапна відбувається ущільнення ґрунту навкруги свердловини з додатковим армуванням ґрунту силікатним стовпом.

Необхідна кількість води для досягнення повної гідратації вапна визначається по формулі: (2.2.30)

де Q_и – маса негашеного вапна в свердловині; M_w – молекулярна маса води дорівнює 18; M_и – молекулярна маса вапна = 56; K – коефіцієнт, що ураховує перевитрату води за рахунок випаровування і поглинання оточуючим ґрунтом.

Відстань між осями піщано-вапняних паль визначається по формулі:

(2.2.31)

де d_скв - діаметр свердловини (піщано-вапняної палі), м; ρ_ds - щільність сухого ґрунту після ущільнення, т/м³; ρ_d – природна щільність ґрунту; K_r - коефіцієнт гідратації вапна приймається від частки вапна в суміші K_r=0,75 8 0,8=4,8.

В проекті ущільнення ґрунту піщано-вапняними палями указуються:

- розміри ущільнюваної площі з прив'язкою її до плану фундаментів, м;

- розміри котловану b_к і l_к, в м;

- план розташування, діаметр піщано-вапняних паль, відстань між осями паль;

- глибина ущільнення, м;

- глибина тампонажа свердловин, м, і об'єм тампонажного матеріалу, м³;

- необхідна щільність ґрунту в масиві, ρ_ds, т/м³;

- спосіб улаштування свердловин і ущільнення суміші в свердловині;

- масу суміші, необхідну для набивання 1 м.п. свердловини;

- розрахунковий опір ущільнюваного ґрунту в масиві що визначається по характеристиках ущільненого грунту з коефіцієнтом надійності по ґрунту K_r = 1,2.

В проекті ущільнення ґрунту піщано-вапняними палями повинно бути вказано:

1. Розміри ущільнюваного майданчику з прив'язкою її до плану фундаментів.

2. План розташування, діаметр піщано-вапняних паль, відстань між осями паль.

3. Розріз по ущільненому масиву, з вказівкою глибини ущільнення і накладення ущільнених зон.

4. Необхідна щільність ґрунту в масиві.

5. Способи улаштування свердловин, спосіб ущільнення суміші в свердловині, спосіб тампонажа свердловин, матеріал тампонажа і його кількість.

6. Склад піщано-вапняної суміші і витрата суміші на одну свердловину.

7. Спосіб улаштування дна котловану під фундаменти, відмітка дна котловану.

8. Розміри дна котловану, в якому виробляється ущільнення ґрунту піщано-вапняними палями, призначаються по формулі (2.2.27) для майданчиків I типу ґрунтових умов по просадковості і (2.2.28) для майданчиків II типу ґрунтових умов по просадковості.

За характеристиками ущільненого ґрунту (ρ_d, W_о, ρ, l_L, l_{L sat}, С, C_sat, φ, φ _sat, E, E_sat) обчислюється розрахунковий опір ґрунту основи з коефіцієнтом надійності по ґрунту K_r = 1,2 і виконується розрахунок і конструювання фундаментів на штучній основі: 1) без урахування армування ґрунту силікатними стовпами і тампонажним матеріалом; або 2) з урахуванням армування ґрунту силікатним стовпом і тампонажним матеріалом.

Об'єми робіт і вартість варіанту фундаментів на штучній основі - глибинне ущільнення просадкових ґрунтів піщано-вапняними палями зведені в таблицю (види робіт набираються згідно з варіантом основ):

№ п/п	Найменування робіт	Од. вим.	К-ть одиниць	Обгрунтовування розцінки	Вартість		Трудовитрати
					одиниці	загальна	одиниці	загальна

План розташування піщано-вапняних та ґрунтових паль і поперечний розріз ущільненого масиву

1 - піщано-вапняні та ґрунтові палі; 2 - ущільнені зони навкруги ґрунтових паль

Варіант 7