Армирование оснований

Армирование грунтов оснований выполняют для устранения просадочности лессовых грунтов, повышения прочности и устойчивости оснований, повышения устойчивости подпорных стенок, откосов земляных сооружений   и   оползневых   склонов.

Под армированием основания понимается улучшение физико-механических качеств грунтового массива, служащего основанием, путем устройства в нем более прочных элементов, совместно работающих с грунтом и конструктивно не связанных с фундаментом какими-либо выпусками или омоноличиванием. Армирование массивов грунта основывается на взаимодействии уплотненных и закрепленных массивов, а также элементов повышенной жесткости с окружающим грунтом.

Достижения необходимых качеств основания добиваются за счет введения в толщу грунта элементов повышенной прочности, которые хорошо работают на сжатие или растяжение и имеют высокое сцепление и трение с окружающим грунтом.

В зависимости от физико-механических характеристик грунтов и задач, которые решаются при армировании, выбирается характер расположения армирующих элементов и технология их выполнения.

В грунтовых массивах конструктивное расположение армирующих элементов может быть вертикальным, горизонтальным, наклонным в одном направлении, наклонным в двух и более направлениях, прерывистым и в виде различного ряда ячеистых структур

Основными задачами армирования оснований являются: упрочнение и повышение устойчивости оснований, в том числе на оползнеопасных склонах; упрочнение  и  укрепление  насыпей  и откосов земляных сооружений, армирование обратных засыпок подпорных стен и повышение устойчивости подпорных стен, а также исключение выпора грунта из-под сооружений.

Технология выполнения армирования оснований в значительной степени зависит от характера основания и особенностей напластований грунтов.


В основном армирование находит применение в структурно-неустойчивых грунтах, таких, как лессовые просадочные, слабые водонасыщенные, рыхлые песчаные и насыпные грунты.

Армирование толщ просадочных грунтов с целью повышения их прочности и несущей способности должно выполняться исходя из условия обеспечения совместной работы просадочного грунта и армирующих элементов. Для более полного использования несущей способности материалов целесообразно применять армирующие элементы с уменьшающейся от центра к краям прочностью. Подобное армирование толщ просадочных грунтов может быть выполнено по технологии глубинного уплотнения грунтов продавливанием скважин с заполнением их шлакобетоном, раствором, тощим бетоном или шлаком с уплотнением, созданием в массиве элементов путем закрепления силикатизацией, смолизацией или другими методами.

На просадочных грунтах в верхней зоне создается уплотненный слой путем устройства грунтовых подушек или уплотнением тяжелыми трамбовками, либо закреплением. Этот слой является распределительной подушкой, обеспечивающей передачу нагрузки от фундамента на армированный массив и включение армирующих элементов в работу.

Расстояния между армирующими элементами принимаются исходя из учета совместной работы с окружающим грунтом и необходимой прочности основания и зависят от физико-механических   характеристик   грунта   и установленным на станке БС-1М. Тощий бетон и раствор уплотняют глубинными вибраторами.

Вертикально расположенные элементы чаще всего применяют для устранения просадочных свойств основания. Армирование вертикальными элементами целесообразно применять под полами, технологическим оборудованием и для повышения устойчивости насыпей.

Если армирующие элементы выполняют в скважинах, то способ укладки и уплотнение зависят от материала заполнения скважин.

Опыт показывает, что армирование оснований элементами повышенной жесткости в виде набивных свай в продавленных скважинах может достичь глубины 20—25 м.

Армирование массива может быть выполнено путем использования технологии винтового продавливания скважин спиралевидными снарядами. Причем скважины могут быть выполнены в грунте как по технологии глубинного уплотнения, так и по технологии глубинного закрепления. Укрепление грунта вокруг скважин может быть осуществлено путем многоразовой проходки и заполнения скважин материалом. На последнем этапе для заполнения скважин могут быть использованы шлак, шлакобетон, бетон,  цементно-песчаные  смеси  и  др.

Для устройства элементов повышенной жесткости в грунте может быть использован спиралевидный двухкорпусный снаряд и технология устройства закрепленных скважин. Снаряд содержит основной корпус и дополнительный корпус, снабженные винтовыми лопастями. До-полнительный корпус расположен выше основного и соединен с ним с помощью перемычки. Оба корпуса имеют спиралевидную поверхность в виде спирали, радиус которой скачкообразно изменяется от большего к меньшему. Для подачи закрепляющего материала дополнительный корпус имеет канал, сообщающийся с полостью букрвой штанги и полостью перемычек, на которой выполнены отверстия для выпуска   материала.   На   перемычке выполнены лопасти, направления навивки которых противоположны навивке лопастей на спиралевидных участках корпусов. Калибрующая часть дополнительного корпуса имеет диаметр больший, чем калибрующая часть у основного корпуса.

Упрочнение основания описанным снарядом выполняют по следующей. Снаряд погружают в грунт вращением и осевым давлением. При проходке в скважину через штангу подается закрепляющий материал, который вдавливается в стенки скважины поверхностью дополнительного корпуса, образуя упрочненную зону. По окончании проходки ствола скважины снаряд поднимают на высоту, равную высоте основного корпуса, и в скважину подают закрепляющий материал, а затем осуществляют вторичное вдавливание снаряда на нижнем участке скважины, при этом закрепляющий материал вдавливается в стенки скважины и ее дно, чем достигается их закрепление.

Такая технология позволяет повысить несущую способность грунта в месте опирания армирующих элементов, что улучшает совместную работу элементов.

Технология винтового продавливания была применена для армирования оснований, сложенных проса-дочными лессовидными суглинками на строительстве многоэтажных промышленных корпусов в Днепропетровске.

Для устройства скважин диаметром    325    и    425    мм    использовали буровую установку БУК-600 на базе экскаватора Э-1252Б. Элементы повышенной жесткости размещали в шахматном порядке с шагом 0,9 — 1 м. Цементно-песчаную смесь марки 50 укладывали в скважины с помощью крана. Перед началом работы проводили опытное уплотнение. Анализ результатов показал, что плотность в массиве грунта в среднем повысилась на 15 — 16%. Всего было изготовлено более 5 тыс. элементов повышенной жесткости. Верхний буферный слой был доуплотнен тяжелыми трамбовками.

Имеется   опыт   армирования   лессовых   оснований   грунтоцементными микросваями диаметром 70—100 мм и длиной 1,5—2 м. Устройство микросвай производится при помощи вдавливающего агрегата на базе автопогрузчика. Рабочим органом агрегата является пучок трубчатых наконечников, присоединенных к распределительной коробке, в которую подается растворонасосом грунтоцементная смесь. С помощью агрегата в грунт вдавливается пучок, состоящий из 6—8 трубчатых наконечников и образованные скважины заполняют грунтоцементной смесью. Грунтоцементная смесь готовится из портландцемента марки 400, которая берется в количестве 9—15% массы грунта естественной влажности, песка средней крупности в количестве 40—60% и лессового суглинка 30—40%. Прочность образцов грунтоцемента находилась в пределах 2—2,5 МПа в 28-дневном возрасте.

Последовательными проходками агрегата армируют площадку необходимой формы в плане. Для повышения прочности и устойчивости оснований иногда их армирование выполняют с помощью забивных свай.

Такое армирование оснований было выполнено на Лебединском и Михайловском горно-обогатительных комбинатах при строительстве складов железорудного концентрата. Армирование основания позволило увеличить его устойчивость. Погружение свай при таком армировании производится обычным способом, что и при возведении свайных фундаментов.

Для армирования оснований, например при увеличении устойчивости оползнеопасных склонов, могут быть применены буронабивные сваи. При устройстве таких свай применяют обычную технологию.

С целью исключения выпора слабого грунта из-под сооружений применяют армирование нижних слоев насыпи стальными стержнями или укладкой на основание технической негниющей ткани. Армированием грунта можно значительно увеличить устойчивость откосов, склонов и подпорных стенок. Для этого при устройстве подпорных стенок по мере обратной засыпки грунта в него укладывают арматуру, идущую от стенок в массив грунта за призму обрушения.

В песчаных грунтах можно армировать основание. В этом случае арматура должна выходить за пределы возникающих по сторонам от фундамента призм выпирания грунта. Металлическую арматуру тщательно изолируют во избежание ее коррозии.

Для армирования оснований может быть широко использована струйная технология, которая позволяет выполнить армирование без нарушения естественной структуры грунта в основном массиве при любом расположении армирующих элементов как с вертикальным и наклонным расположением, так и в виде сложных структур. В основе струйной технологии лежит использование энергии водяной струи для прорезания в грунте щелей, заполняемых твердеющими материалами.

Щели в грунте прорезают струйными мониторами с водяными насадками, размещенными на его боковых поверхностях. Материал заполнения выпускается через нижнее отверстие монитора. Верхний торец монитора соединен с подводящими трубопроводами и со штангой, с помощью которой монитор опускают в скважину.

Мониторы оснащают дополнительной насадкой, образующей с водяной насадкой кольцевой зазор, через который подается сжатый воздух. Воздушная рубашка, образующаяся при этом, отделяет струю от подземной воды и пульпы и увеличивает дальность струи. Струя сжатого воздуха в скважине выполняет роль эрлифта, который выносит пульту на поверхность.

Струйная технология получила распространение в Японии, где с ее помощью в основании выполняют различного рода конструктивные элементы.

Струйная технология позволяет выполнить армирующие элементы с различным расположением и различной   формы,    в   том    числе   в   виде сплошных стенок, отдельных столбов, опор корневидной формы, горизонтальных элементов, а также в форме ячеистных структур сложной формы.

Разрушение грунта происходит под действием динамического давления водяной струи. Давление воды на выходе из насадки может достигать 70—100 МПа.

Процесс выполнения конструктивных элементов в грунте включает бурение направляющих скважин и прорезывание в грунте щелей в нужном направлении.

Монитор монтируется на базовой машине с гибкой повеской на канате или жестким закреплением на копровой стреле.

Струйный монитор опускается на дно направляющей скважины с ориентировкой насадки по заданному направлению и по мере разрушения грунта поднимается вверх по скважине по заранее предусмотренной траектории. Материал заполнения нагнетается сразу же после того, как из направляющей скважины начинает изливаться пульпа. Материал заполнения подается под давлением 3,5—6 МПа.

Материалом заполнения служат твердеющие растворы на основе цемента и полимеров.

Дальность разрушения в различных грунтах составляет 1,5—5 м. Толщина элементов, образующихся в грунте, по длине неодинакова и колеблется от 5 до 30 см.

Струйную технологию можно использовать в илах, пылевато-глинистых грунтах и песках, не содержащих крупных включений.

Армирующие элементы выполняют в виде бетонных и грунтобетонных свай большого диаметра. Иногда элементы выполняют из вяжущих материалов на основе жидкого стекла и одно-и многокомпонентных химических растворов.

Прочность материала армирующих элементов колеблется от 1 до 5 МПа.

Конструктивные элементы, сопрягаемые   друг   с   другом,    позволяют выполнять ячеистые структуры, которые могут быть использованы для упрочнения основания, укрепления откосов, насыпей и подпорных сооружений. Благодаря таким структурам грунт, находящийся в ячейках, вовлекается в работу.

Описанные в этом разделе способы армирования включают только некоторые сведения по технологии выполнения этих работ.

Необходимо отметить, что несмотря на большую важность выполнения армирования оснований, имеется еще очень мало исследований по разработке эффективной технологии армирования оснований в сложных грунтовых условиях. Известные способы армирования обладают значительной трудоемкостью и стоимостью, а надежность их в некоторых условиях не удовлетворяет необходимым требованиям.

В настоящее время требуется проведение исследований по разработке эффективной технологии армирования оснований в различных грунтовых условиях.

  Основания и фундаменты

По материалам сайта: http://www.bibliotekar.ru