МЕТОДЫ ПОВЕРХНОСТНОГО УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТОВ

Аннотация. В данной статье рассмотрены методы поверхностного уплотнения сильно сжимаемых и мало прочных грунтов основания фундаментов. Приведены различные способы укрепления грунта с учетом области применения каждого метода.

Ключевые слова: грунты, лёссы, макропористые трехфазные грунты, уплотнения, виброкаток, пневмокаток.

При строительстве на сильно сжимаемых и мало прочных грунтах, когда возведение фундаментов мелкого заложения на естественном основании становится нерациональным, такие грунты укрепляют или устраивают фундаменты глубокого заложения, передающие нагрузки на нижележащие прочные и мало сжимаемые грунты.

Укреплять основания можно путем уплотнения грунтов, закрепления их различными инъекционными методами, а также с использованием постоянного электрического тока и термическим способом.

Для укрепления глинистых неводонасыщенных (так называемых трехфазных) грунтов используется методы поверхностного уплотнения. Макропористые трехфазные грунты, обладающие повышенной водо- и газопроницаемостью (лёссы и лёссовидные грунты), можно укрепить на значительную глубину не только уплотнением, но и инъекционными методами и обжигом.

Способ укрепления грунта выбирают путем сравнения вариантов по технико-экономическим показателям с учетом области применения каждого метода.

Уплотнить глинистые трехфазные грунты на глубину до 0,5…0,6 м можно с помощью пневмокатков, которые широко применяют в дорожном строительстве для послойного уплотнения возводимых из грунтов насыпей, дамб и т.д.

Несвязные грунты хорошо уплотняются передвижными виброплитами на глубину 0,5…0,8 м и виброкатками на глубину до 1 м. Связные и несвязные грунты можно уплотнять гружеными автомашинами на глубину 0,4…0,7 м. Имеются трамбующие машины, обеспечивающие большую глубину уплотнения (до 1,2 м).  Из-за небольшой глубины уплотняемой зоны для укрепления оснований фундаментов эти методы малопригодны. Из методов поверхностного уплотнения грунтов при устройстве оснований наиболее распространен метод уплотнения с помощью тяжелых трамбовок массой 2,5…15 т и диаметром 1,2…3,5 м, подвешиваемых к стрелам кранов-экскаваторов и сбрасываемых с высоты 3,5…10 м. При этом грунт уплотняется на глубину h_у = 2…8 м. Этот метод применяют для уплотнения глинистых и песчаных грунтов, имеющих степень влажности S_r ≤ 0.75.

Поверхностное уплотнение широко используют для устранения посадочных свойств лёссовидных грунтов.

Трамбовки имеют в плане обычно круглую форму и изготовляются из железобетона. Применяют и сборные трамбовки из пакетов стальных листов, что позволяет менять их массу. Грузоподъемность кран-экскаватора для обеспечения нормальной работы должна в 3…4 раза превышать массу трамбовки.

Уплотняют грунты участками. Число ударов трамбовки принимают из условия уплотнения грунта до «отказа». Отказ соответствует тому числу ударов, начиная с которого приращения понижения трамбуемой поверхности т каждого удара происходит на одно и то же значение (рис. 1). Его уточняют на месте опытным трамбованием. Для достижения требуемого уплотнения грунта обычно бывает необходимо от 8 до 16 ударов трамбовки по одному месту.

Рисунок 1. Зависимость приращения осадки трамбуемой поверхности от числа ударов: 1- точка уплотнения «до отказа».

Котлован, дно которого подвергается поверхностному уплотнению, разрабатывают с недобором на величину понижения поверхности, которую устанавливают опытным трамбованием. По окончании основного процесса уплотнения основного процесса уплотнения основания разрыхленный при трамбовании верхний слой доуплотняют легкими ударами рамбовки, сбрасываемой с высоты 0,5…1 м. При больших площадях трамбуемой поверхности для этой цели применяют катки.

Уплотнять грунты трамбованием следует при их оптимальной влажности ⱳ_о. Если естественная влажность грунта ⱳ меньше оптимальной, то перед трамбованием котлован замачивают. Необходимое количество заливаемой воды в м³ на 1 м² площади котлована определяют по формуле:

G_ⱳ=( ⱳ_о- ⱳ)ρ_sh_у/[(1+e) ρ_ⱳ ],                                                 (1)

где:

ρ_s – плотность частиц грунта;

e – коэффициент пористости грунта до уплотнения.

Трамбованием добиваются плотности грунта основания, соответствующей коэффициенту уплотнения k_у≥0,95. Просадочные грунты уплотняют до состояния, при котором полностью устраняются их просадочные свойства.

Известно применение очень тяжелых трамбовок массой 10…200 т, сбрасываемых с высоты 20…40 м, для работы которых использовали специальные краны и копры. Таким оборудованием уплотняли насыпные грунты, рыхлые пески и глины на глубину 6…35 м.

Глубину уплотнения грунта сверхтяжелыми трамбовками определяют по формуле, полученной на основе экспериментальных полевых исследований.

h_у=m_у  ,                                                             (2)

где:

m_у – коэффициент, зависящий от свойств уплотняемого грунта, значения которого изменяются от 0,5 до 1 (м/т)^1/2;

М- масса трамбовки, т;

H – высота падения, м.

Опыт применения этого способа показал, что при трамбовании в несколько этапов с перерывами между ними сверхтяжелыми трамбовками возможно уплотнять не только трехфазные, но и водонасыщенные глинистые грунты.

К поверхностным уплотнения грунтов относится, метод вытрамбовывания котлованов, заключающийся в сбрасывании в одно и то же место с высоты 4…8 м трамбовки массой 1,5…10 т, имеющей форму котлован такой же формы. При этом грунт ниже котлована и вокруг него уплотняется. Фундамент бетонируют враспор со стенками котлована. Благодаря плотному прилеганию фундамента не только ко дну котлована, но и к уплотненному грунту его откосов в расчете такого фундамента в отличие от фундамента, возводимого в предварительно открытом котловане с обратной засыпкой пазух, учитывают работу грунта у его боковой поверхности. Несущая способность фундамента возрастает (главным образом) и за счет уплотнения грунта.

Фундаменты и вытрамбованных котлованах устраивают с плоской или клиновидной подошвой неглубокого заложения (до 1,5 м) или удлиненной формы (глубиной заложения до 4 м) с заострением на конце, ниже которого создают уширение из втрамбованного щебня. Фундаменты в вытрамбованных котлованах имеют форму, расширяющуюся вверх, с наибольшим сечением у обреза. Их применяют под несущие малонагруженные конструкции промышленных, гражданских и сельскохозяйственных зданий в непучинистых грунтах, способных уплотняться при вытрамбовывании котлованов. В глинистых водоносыщенных слабых грунтах они не эффективны, поскольку такие грунты плохо уплотняются и подвержены морозному пучению.