Исследование, испытания и эксплуатация строительных конструкций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Украины

Киевский национальный университет строительства и архитектуры

Отчет по дисциплине:

«Исследование, испытания и эксплуатация строительных конструкций»

Выполнил: студент группы ПГС 41

Гусейнов Чингиз

Проверил: Кузменюк М.



Грунтовая основа и методы улучшения ее физико-механических свойств

Инженерная геология изучает природную, геологическую обстановку местности до начала строительства, а так же определяет и те изменения, которые произойдут в процессе эксплуатации и строительства сооружений. В настоящее время перед проектированием любого сооружения необходимо выполнить инженерно-геологические изыскания, которые определяют основные задачи проектирования:

1. Выбор места, наиболее благоприятного в геологическом, отношении для данного сооружения.

2. Выявление инженерно-геологических условий в целях выбора наиболее рациональных фундаментов, а также технологический процесс выполнения строительных работ.

3. Рекомендации необходимых мероприятий по инженерному улучшению выбранной территории (это: замачивание грунтов, крепление, мелиорация и т.д).

В настоящий период инженерная геология призвана решать самые сложные задачи при любых условиях строительства.

Необходимость инженерно-геологического изучения нашей страны с целью обоснования регионального размещения объектов народного хозяйства и правильного освоения новых территорий дополняется также не только требованиями изучения инженерно-геологических условий, а и необходимостью разработки прогнозов развития современных геологических процессов и явлений в целях предотвращения стихийных бедствий.

Целью инженерно-геологических изысканий, является получение необходимых для проектирования объекта инженерно-геологических материалов, так как ни один объект нельзя построить без этих данных.

Инженерно-геологические изыскания должны обеспечивать комплексное изучение инженерно-геологических условий района проектируемого строительства, включая рельеф, геологическое строение, сейсмотектонические, геоморфологические и гидрогеологические условия, состав, состояние и свойства грунтов, геологические и инженерно-геологические процессы, и составление прогноза возможных изменений инженерно-геологических условий в сфере взаимодействия проектируемых объектов с геологической средой с целью получения необходимых и достаточных материалов для обоснования проектной подготовки строительства, в том числе мероприятий инженерной защиты объекта строительства и охраны окружающей среды. Ведение инженерно-геологических изысканий регламентируется основным нормативным документом в строительстве «Строительными нормами и правилами» СНиП 11-02 - 96 «Инженерные изыскания для строительства». Данный документ определяет порядок, состав, объём и виды выполняемых работ изысканий для различных этапов проектирования, строительства и эксплуатации объектов и различных геологических обстановках, а так же состав документации по результатам изысканий, порядок их предоставления и приёмки, а так же ответственность исполнителей и заказчиков (проектировщиков). грунт массив цементизация фундамент

В состав инжинерно-геологических изысканий входят:

· Сбор и обработка материалов изысканий и исследований прошлых лет:

В состав материалов, следует включать сведения о климате, гидрографической сети района исследований, характере рельефа, геоморфологических особенностях, геологическом строении, геодинамических процессах, гидрогеологических условиях, геологических и инженерно-геологических процессах, физико-механических свойствах грунтов, составе подземных вод, техногенных воздействиях и последствиях хозяйственного освоения территории, сведения о деформации зданий и сооружений и результаты обследования грунтов их оснований, опыте строительства других сооружений в районе изысканий, а также сведения о чрезвычайных ситуациях, имевших место в данном районе.

На основании собранных материалов устанавливается категория сложности инженерно-геологических условий, в соответствии с чем в программе изысканий по объекту строительства устанавливаются состав, объемы, методика и технология изыскательских работ.

· Дешифрирование аэро- и космоматериалов:

Дешифрирование аэро- и космоматериалов и аэровизуальные наблюдения, выполняются для уточнения границ распространения генетических типов четвертичных отложений; уточнения и выявления тектонических нарушений и зон повышенной трещиноватости пород; установления распространения подземных вод, областей их питания, транзита и разгрузки; выявления районов развития геологических и инженерно-геологических процессов; установления видов и границ ландшафтов; уточнения границ геоморфологических элементов; наблюдения за динамикой изменения инженерно-геологических условий; установления последствий техногенных воздействий, характера хозяйственного освоения территории, преобразования рельефа, почв, растительного покрова и др.

· Рекогносцировочное обследование, включая аэровизуальные и маршрутные наблюдения:

В задачу рекогносцировочного обследования территории входит осмотр места изыскательских работ, визуальная оценка рельефа, описание имеющихся обнажений (в том числе карьеров, строительных выработок и др.), описание водопроявлений, описание геоботанических индикаторов гидрогеологических и экологических условий, описание внешних проявлений геодинамических процессов, опрос местного населения о проявлении опасных геологических и инженерно-геологических процессов, об имевших место чрезвычайных ситуациях и др.

· Проходка горных выработок:

Проходка горных выработок осуществляется с целью установления или уточнения геологического разреза, условий залегания грунтов и подземных вод; определения глубины залегания уровня подземных вод; отбора образцов грунтов для определения их состава, состояния и свойств, а также проб подземных вод для их химического анализа; проведения полевых исследований свойств грунтов, определения гидрогеологических параметров водоносных горизонтов и зоны аэрации и производства геофизических исследований; выполнения стационарных наблюдений; выявления и оконтуривания зон проявления геологических и инженерно-геологических процессов.

· Геофизические исследования:

Геофизические исследования при инженерно-геологических изысканиях выполняются на всех стадиях (этапах) изысканий, как правило, в сочетании с другими видами инженерно-геологических работ с целью определения состава и мощности рыхлых четвертичных отложений; выявления литологического строения массива горных пород, тектонических нарушений и зон повышенной трещиноватости и обводненности; определения глубины залегания уровней подземных вод, водоупоров и направления движения потоков подземных вод, гидрогеологических параметров грунтов и водоносных горизонтов; определения состава, состояния и свойств грунтов в массиве и их изменений; выявления и изучения геологических и инженерно-геологических процессов и их изменений; проведения мониторинга опасных геологических и инженерно-геологических процессов; сейсмического микрорайонирования территории.

Для обеспечения достоверности и точности интерпретации результатов геофизических исследований проводятся параметрические измерения на опорных участках, на которых осуществляется изучение геологической среды с использованием комплекса других видов работ (бурения скважин, проходки шурфов, зондирования, с определением характеристик грунтов в полевых и лабораторных условиях).

· Полевые исследования грунтов:

Полевые исследования грунтов следует проводить при изучении массивов грунтов с целью расчленения геологического разреза, оконтуривания линз и прослоев слабых и других грунтов; определения физических, деформационных и прочностных свойств грунтов в условиях естественного залегания; оценки пространственной изменчивости свойств грунтов; оценки возможности погружения свай в грунты и несущей способности свай; проведения стационарных наблюдений за изменением во времени физико-механических свойств намывных и насыпных грунтов; определения динамической устойчивости водонасыщенных грунтов.

Полевые исследования грунтов рекомендуется, как правило, сочетать с другими способами определения свойств грунтов (лабораторными, геофизическими) с целью выявления взаимосвязи между одноименными (или другими) характеристиками, определяемыми различными методами, и установления более достоверных их значений.

· Гидрогеологические исследования:

Гидрогеологические исследования при инженерно-геологических изысканиях необходимо выполнять в тех случаях, когда в сфере взаимодействия проектируемого объекта с геологической средой распространены или могут формироваться подземные воды, возможно загрязнение или истощение водоносных горизонтов при эксплуатации объекта, прогнозируется процесс подтопления или подземные воды оказывают существенное влияние на изменение свойств грунтов, а также на интенсивность развития геологических и инженерно-геологических процессов (карст, суффозия, оползни, пучение и др.).

· Стационарные наблюдения (локальный мониторинг компонентов геологической среды):

Стационарные наблюдения необходимо выполнять для изучения динамики развития опасных геологических процессов (карст, оползни, обвалы, солифлюкция, сели, каменные глетчеры, геодинамические и криогенные процессы, переработка берегов рек, озер, морей и водохранилищ, выветривание пород и др.); развития подтопления, деформации подработанных территорий, осадок и просадок территории, в том числе вследствие сейсмической активности; изменений состояния и свойств грунтов, уровенного, температурного и гидрохимического режима подземных вод, глубин сезонного промерзания и протаивания грунтов; осадки, набухания и других изменений состояния грунтов основания фундаментов зданий и сооружений, состояния сооружений инженерной защиты и др.

Стационарные наблюдения следует производить, как правило, в сложных инженерно-геологических условиях для ответственных сооружений, начиная их при изысканиях для предпроектной документации или проекта и продолжая при последующих изысканиях, а при необходимости -- в процессе строительства и эксплуатации объектов.

· Лабораторные исследования грунтов, подземных и поверхностных вод:

Лабораторные исследования грунтов следует выполнять с целью определения их состава, состояния, физических, механических, химических свойств для выделения классов, групп, подгрупп, типов, видов и разновидностей в соответствии с ГОСТ 25100-95, определения их нормативных и расчетных характеристик, выявления степени однородности грунтов по площади и глубине, выделения инженерно-геологических элементов, прогноза изменения состояния и свойств грунтов в процессе строительства и эксплуатации объектов.

Выбор вида и состава лабораторных определений характеристик грунтов следует производить в соответствии с учетом вида грунта, этапа изысканий, характера проектируемых зданий и сооружений, условий работы грунта при взаимодействии с ними, а также прогнозируемых изменений инженерно-геологических условий территории (площадки, трассы) в результате её освоения.

· Обследование грунтов оснований фундаментов существующих зданий и сооружений:

При обследовании необходимо определять изменения инженерно-геологических условий за период строительства и эксплуатации предприятий, зданий и сооружений, включая изменения рельефа, геологического строения, гидрогеологических условий, состава, состояния и свойств грунтов, активности инженерно-геологических процессов, с целью получения данных для решения следующих задач возможности надстройки, реконструкции зданий и сооружений с увеличением временных и постоянных нагрузок на фундаменты; установления причин деформаций и разработки мер для предотвращения их дальнейшего развития, а также восстановления условий нормальной эксплуатации зданий и сооружений; определения состояния грунтов основания, возможности и условий достройки зданий и сооружений после длительной консервации их строительства; определения состояния мест примыкания зданий-пристроек к существующим и разработки мер по обеспечению их устойчивости;

выяснения причин затапливания и подтапливания подвалов и других подземных сооружений.

· Составление прогноза изменений инженерно-геологических условий:

Прогноз - качественный и количественный возможных изменений во времени и в пространстве инженерно-геологических условий исследуемой территории (состава, состояния и свойств грунтов, рельефа, режима подземных вод, геологических и инженерно-геологических процессов) необходимо приводить в техническом отчете о результатах инженерно-геологических изысканий наряду с оценкой современного состояния этих условий.

· камеральная обработка материалов и составление технического отчета (заключения):

В процессе текущей обработки материалов изысканий осуществляется систематизация записей маршрутных наблюдений, просмотр и проверка описаний горных выработок, разрезов естественных и искусственных обнажении, составление графиков обработки полевых исследований грунтов, каталогов и ведомостей горных выработок, образцов грунтов и проб воды для лабораторных исследований, увязка между собой результатов отдельных видов инженерно-геологических работ, составление описаний горных выработок, предварительных инженерно-геологических разрезов, карты фактического материала, предварительных инженерно-геологических и гидрогеологических карт и пояснительных записок к ним.

При окончательной камеральной обработке производится уточнение и доработка представленных предварительных материалов, оформление текстовых и графических приложений и составление текста технического отчета о результатах инженерно-геологических изысканий, содержащего все необходимые сведения и данные об изучении, оценке и прогнозе возможных изменений инженерно-геологических условий, а также рекомендации по проектированию и проведению строительных работ.

Уплотнение грунтового массива и замена слабого грунта основы:

Уплотнение грунта выполняют при планировке площадок, возведении насыпей, обратной засыпке траншей и пазух фундаментов, устройстве оснований под полы и т. п. Грунты уплотняют слоями одинаковой толщины. Для этого отсыпанный грунт разравнивают бульдозерами или грейдерами. Толщина разравниваемых слоев зависит от условий производства работ, вида грунта и должна соответствовать возможностям применяемых уплотняющих машин. Требуемая степень уплотнения грунта достигается с наименьшими затратами при оптимальной влажности грунта, поэтому сухие грунты нужно предварительно увлажнять (поливочными машинами и реже вручную резиновыми шлангами, присоединенными к водопроводу), а переувлажненные -- осушать. Укладку грунта и его уплотнение производят на захватках (картах), размеры которых должны обеспечивать достаточный фронт работ, но не допускать высыхания подготовленного к уплотнению грунта. Например, при устройстве насыпей из грунтов, доставляемых автосамосвалами, площадку разбивают на три карты: на первой грунт разгружают, на второй -- разравнивают, на третьей -- уплотняют.

Уплотняют грунт укаткой, трамбованием и вибрированием. Связные и комковатые грунты уплотняют кулачковыми катками, которые передают на грунт давление, значительно превосходящее предел его прочности. Такими машинами массой до 5 т уплотняют слой грунта толщиной 10...20 см при восьми--восемнадцати проходках катка по одному следу, а тяжелыми (25...30 т) --слой толщиной 50...65 см при четырех --десяти проходках по одному следу.

Катками на пневмоколесном ходу (прицепными и самоходными) в результате длительного действия нагрузки от сжатия шин уплотняют песчаные и глинистые грунты. Катками средней массы (до 10т) уплотняют слои толщиной 10...25 см при двух --десяти проходках катка по одному следу, катками большой массы (до 45 т) -- слои толщиной 25...50 см при том же количестве проходок по одному следу.

Кулачковыми катками и катками на пневмоколесном ходу уплотнение производят путем последовательных замкнутых проходок катка по всей площади насыпи с перекрытием каждой проходкой предыдущей на 0,15...0,25 м.

Закончив укатку всей площади, процесс повторяют столько раз, сколько по проекту требуется проходок катка по одному следу для достижения необходимой плотности. Катками с гладкими металлическими вальцами уплотняют связные грунты слоем до 15 см и песчано-гравелистые смеси при толщине отсыпаемого слоя от 5 до 15 см. Применение таких катков целесообразно, когда верхний слой насыпи является основанием фундаментов или подъездных путей, а также при засыпке верхней части пазух в стесненных условиях. Нижние слои пазухи толщиной 15...20 см вокруг фундамента уплотняют пневматическими или электрическими трамбовками. Трамбовочными плитами массой 2... ...7 т, подвешенными к кранам или экскаваторам, уплотняют песчаные и глинистые грунты при толщине отсыпаемого слоя 0,4...1 м и количестве ударов от 1 до 5. Недостатком этого способа является повышенная изнашиваемость крана или экскаватора. Вибрационными катками уплотняют песчаные грунты слоями толщиной 0,4... ...0,5 м при возмущающей силе от 50 до 100 кН и до 1,5 м при возмущающей силе 180...280 кН. Для достижения

необходимой плотности число проходок по одному следу принимают от 2 до 6. Уплотнение осуществляют по круговой схеме или челночным способом.

Предварительно насыщенные водой пески уплотняют глубинными вибраторами, смонтированными в виде пакета из нескольких штук на подвешенной к крану раме.

Увеличить глубину проработки слоя грунта можно комбинированным уплотнением, например, сначала кулачковыми катками, затем катками на пневмоколесном ходу. В каждом конкретном случае способ уплотнения грунта и тип грунтоуплотня-ющей машины выбирают на основании технико-экономического сравнения вариантов с учетом свойств уплотняемого грунта, требуемой плотности при определенном количестве проходок или ударов грунтоуплотняющих машин, объема, сроков и условий производства работ.

В ряде случаев экономически целесообразно взамен заглубления фундамента сквозь небольшую толщу слабых (иловатых, заторфованных, насыпных и т. п.) грунтов или же укрепления слабых грунтов, расположенных под фундаментом, удалить эти грунты и на их место уложить подушку из песка, гравия, камня, цементно-грунтовой, известково-грунтовой смеси или другого малосжимаемого материала.



Рис. Схема устройства подушки слева -- при малой толщине слоя слабого грунта; справа -- при большой толщине слоя слабого грунта; 1 -- фундамент; 2 -- подушка из малосжимаемого материала; 3 -- пласт прочного грунта; 4 -- слабый грунт

При толщине слоя слабого грунта 1,5--2 м целесообразно уложить подушку непосредственно на подстилающий пласт более прочного грунта (слева на рис. 5.3). Если слабый грунт распространяется на значительную глубину, размеры подушки назначают из условия уменьшения под ней давления до величины, не превышающей расчетного сопротивления этого грунта. При этом толщину подушки и ее ширину понизу принимают исходя из распределения давления под углом а к вертикали от 20 до 40°. Величина угла а зависит от физико-механических свойств материала подушки. Применять подушки целесообразно под одиночные и ленточные фундаменты с шириной подошвы 1 --1,5 м в глинистых, суглинистых и песчаных грунтах с расчетным сопротивлением 0,10--0,15 МПа выше уровня подземных вод. Для устройства подушки используют материал с расчетным сопротивлением под подошвой фундамента 0,20--0,25 МПа. В песчаных и супесчаных грунтах для устройства подушек используют несвязные грунты. В суглинистых и глинистых грунтах во избежание скапливания воды в котловане подушки делают из трамбованных связных грунтов или же используют для их устройства смесь грунтов с цементом или с известью.

Для устранения возможности бокового расширения грунта под фундаментом, предотвращения выпирания слабого грунта, а также предохранения основания от подмыва применяют шпунтовые ограждения, которые в отдельных случаях оставляют в грунте на весь период эксплуатации сооружения. Шпунтовые ограждения могут быть использованы также при устройстве грунтовых подушек для сокращения объемов работ по удалению слабого грунта из котлована и отсыпке подушки.

В зависимости от конструкции ограждения, глубины забивки шпунта в грунт ниже подошвы фундамента, а также физико-механических свойств грунтов основания его несущая способность в результате использования шпунтового ограждения может быть повышена до 2 раз, а осадки основания уменьшены в 2--3 раза. Наилучшей конструкцией ограждения, воспринимающей силы распора грунта основания, является круглое в плане ограждение из плоского стального шпунта.

Цементизация, силикатизация, термическое закрепление грунтов:

Несущую способность слабых грунтов и трещиноватых горных пород можно увеличить методами искусственного закрепления, к которым относятся: силикатизация, термическое закрепление и цементация.

Технология силикатизация, предусматривает расчистку участков закрепления, погружение инъекторов, приготовление и нагнетание растворов, извлечение инъекторов, тампонаж скважин.

Приготовленный в специальной установке закрепляющий раствор по разводящей системе нагнетают в инъекторы. Забивной инъектор представляет собой стальную толстостенную трубу с заостренным наконечником, перфорированную в нижней части на высоту 0,5... 1,5 м. Инъекторы забивают на глубину до 7 м пневматическими молотами массой до 30 кг. Извлекают инъекторы лебедкой с помощью копра или 10-тонным домкратом.



Грунт закрепляют заходками -- вертикальными зонами, равными длине перфорированной части трубы плюс 0,5 радиуса закрепления. Для нагнетания раствора используют гидравлические насосы производительностью до 0,01 м3/мин, создающие давление до 1,5 МПа.

На глубину до 30 м грунты закрепляют с помощью инъекторов-тампонов. В предварительно пробуренные скважины диаметром 60...120 мм погружают инъекто-ры-тампоны на заданную глубину. Закрепление производят заходками высотой h от 3 до 8 м, начиная с нижней. Резиновый чехол тампона инъектора, поддутый сжатым воздухом, предотвращает выход раствора в верхние заходки.

После насыщения первой заходки до заданного радиуса инъекции г, м, инъектор поднимают на вышележащую заходку, опять поддувают манжет и подают раствор в ненасыщенный грунт очередной заходки.

Лесовидные грунты закрепляют только раствором силиката натрия. При его взаимодействии с солями кальция, содержащимися в лессах, образуется гель кремниевой кислоты, который цементирует частицы лесса, превращая их в камневидную массу. Этот способ называется однорастворной силикатизацией.

В песках (сухих, а также водонасыщенных) с высоким коэффициентом фильтрации применяют метод двухрастворной силикатизации: сначала на каждой заходке под давлением до 0,5 МПа нагнетают раствор силиката натрия, затем -- хлорида кальция. Силикат натрия нагнетают на каждой заходке при забивании инъекторов, а хлорид кальция -- при извлечении их из грунта. Нагнетание производят медленно (2...5 л/мин), чтобы обеспечить равномерное впитывание растворов в грунт по всей зоне закрепления.

Пылеватные пески (сухие и водо-насыщенные) закрепляют гелеобразующей смесью растворов силиката натрия и фосфорной кислоты.

Во всех случаях при перерывах в работе инъекторы следует извлечь и промыть горячей водой. Насосы и подающие трубы также промывают. По окончании закрепления грунта все скважины тампонируют глиной или местным перемятым грунтом.

Термический способ применяют только для закрепления лессовидных и пористых суглинистых грунтов при залегании их выше уровня грунтовых вод.

Термическое закрепление является результатом сжигания топлива (газообразного, жидкого, сжиженных газов) непосредственно в скважинах, пробуренных на всю глубину закрепляемого грунта. Сжигают топливо при давлении нагнетаемого воздуха 0,115...0,15 МПа. Закрепление грунта в скважине происходит под действием пламени, а в теле массива -- от раскаленных газов, проникающих сквозь поры грунта. В результате вокруг скважины образуется столб обожженного грунта, диаметр которого зависит от продолжительности обжига и количества топлива: за Ю...20сутон может быть доведен до 4...8 м при расходе жидкого топлива 80... 120 кг на 1 м скважины и до 30...40 м3 сжатого воздуха на 1 т топлива.

Этим способом можно закрепить грунты и устранить их просадочность на глубину до 15 м, доведя прочность в среднем до 0,6... 1 МПа.

Цементацией закрепляют трещиноватые скальные породы, а также гравели-стые и рыхлые песчаные грунты. Цементация состоит из процессов расчистки поверхности грунта, с которой производят закрепление; бурения скважин, их продувания или промывки (в скальных породах); установки инъекторов; гидравлического опробования скважины; нагнетания инъекционного раствора; извлечения инъекторов.

Для цементации используют растворы с водоцементным отношением от 0,4 до 1; расход раствора составляет 20...40 % объема закрепляемых пород. Нагнетают раствор через такие же инъекторы, как для силикатизации.

В песчаные и гравелистые грунты инъекторы забивают на величину заходки -- высоту вертикальной зоны закрепления. После нагнетания раствора инъекторы углубляют до следующей зоны.

Скальные породы также закрепляют зонами, но скважины бурят на глубину только первой заходки; закончив на ней

нагнетание раствора, инъектор извлекают, а скважину добуривают на глубину очередной зоны, не ожидая схватывания раствора.

Гидравлическим испытанием скважин, проводимым перед началом работ по закреплению, определяют степень водопоглощения, по которой подбирают состав и консистенцию раствора. Одновременно поверхность частиц грунта увлажняется, что предотвращает осаждение раствора в ближайших к скважине порах и позволяет достичь максимального радиуса закрепления.

Раствор перед подачей непрерывно перемешивают. Его нагнетают в инъекторы по напорным шлангам, пользуясь двухпоршневыми насосами двустороннего действия производительности 100... ...300 л/мин, развивающими давление 3... ...8 МПа.

Если при гидравлическом испытании скважины легко поглощают воду, возможно прямое нагнетание раствора. Если же при давлении 0,2...0,3 МПа вода поглощается медленно, скважины подключают к кольцевому трубопроводу, в котором насосная установка создает непрерывное движение раствора по замкнутому кольцу, чем предотвращается осаждение раствора в системе трубопроводов. Нагнетание ведут непрерывно до достижения отказа. Отказом считают расход раствора в объеме до 0,5 л/мин, который удерживается при заданном проектном давлении не менее 20 мин.

Методы DSM, TSM, KSS, FSS, Vibroflotacia:

Глубинное смешивание грунта системой Келлера (метод DSM) заключается во введении в основание специального смесителя, состоящего из буровой трубы, поперечных балок и наконечника спирального бура. Бурение происходит без сотрясений с одновременной подачей цементной смеси из так называемого монитора, находящегося на конце буровой трубы. После достижения проектной глубины, наступает фаза формирования колонн DSM, диаметром 600 или 1200 мм. Одновременно, вращающийся и подтягиваемый вверх смеситель, обеспечивает равномерное перемешивание смеси с грунтом. Для достижения лучших результатов перемешивания грунта, процесс повторяется несколько раз. Состав и количество подаваемой смеси подбирается в зависимости от требуемых параметров цементогрунта, обеспечивая при этом необходимые прочностные характеристики и, если необходимо, уплотняя грунт до нужной степени. Повышенная плотность достигается путём добавления в смесь бетонита. Колонны DSM применяются для фундаментов инженерных сооружений, усиления грунтового основания для малоэтажного строительства, фундаментов дорожных опор, укрепления дорожных насыпей. При необходимости, колонны DSM армируются стальными каркасами или стальными профилями.

Контроль за параметрами колон DSM ведётся во время всего периода изготовления, а также после её выполнения.

Основными преимуществами технологии DSM:

· бурение происходит практически без вибрации

· технология DSM является экологически чистая в связи с применением экологически безвредных материалов

· производитсяч минимальное количество бурового шлама

· относительно низкая стоимость работ.



Виброобмен - щебеночные колонны (метод KSS). Виброобмен заключается в формировании из щебеночного заполнителя колонн, которые в последствии принимают на себя нагрузку. Они выполняются в связных грунтах, не поддающихся уплотнению. Cвязные и неоднородные грунты часто имеют недостаточную несущую способность или плотность. При содержании пылевидных и илистых фракций свыше 10%, грунты практически не поддаются собственному уплотнению. Тогда для укрепления грунта применяется виброобмен. Крупнозернистый заполнитель (щебень,гравий) подается в верхний бункер вибратора, который снабжён входным шлюзом. Внутри вибратора заполнитель перемещается с помощью сжатого воздуха в направлении выходного отверстия. Вибратор двигается вдоль направляющей мачты, установленной на гусеничной машине, которая может его добавочно прижимать. Заполнитель, выходящий из-под лезвия вибратора в фазе его вертикального подтягивания, в дальнейшем уплотняется и расталкивается по бокам при возвратно-поступательном движении вибратора. Вследствие возвратно-поступательного характера работы вибратора, формируются колонны из заполнителя (KSS), которые работают вместе с грунтом при приёме и передаче нагрузок. В отличие от пространственного уплотнения грунта, которое можно проверить простым способом, действие колонны из наполнителя более сложное и более трудное в оценке. C этой целью выполняется контрольное зондирование в своле колонны. Фирма Келлер разработала собственную методику проектирования колонн, которая многократно проверена на практике. Размер фундаментов на колоннах из заполнителя принимается как для обычных фундаментов, а допускаемые нагрузки на основание допускаются от 150 до 400 кПа.



Основные преимущества щебеночных колонн (KSS):

· заполнитель выходит из-под лезвия вибратора, что обеспечивает неразрывность ствола колонны;

· для образования колонны хватает одноразового погружения вибратора в основание;

· исключается опасность образования пустот в слабых грунтах;

· движение вибратора вдоль мачты обеспечивает строгую вертикальность колонн;

· технология позволяет избежать загрязнения рабочей платформы.

Щебеночно - бетонные колонны FSS/KSS выполняются при помощи вибратора рис. 1. Формирование колонны осуществляется возвратно-поступательным движением вибратора в земле. Диаметр колонн FSS/KSS зависит от типа почвы и составляет в среднем около 0,60 м. В первой фазе, т.е. во время формирования основания колонны, уплотняя почву и подавая крупнозернистый щебень для формирования щебневой стопы колонны. Стопа колонны формируется, опираясь на несущий грунт. Во второй фазе, то есть в процессе формирования бетонного тела колонны, в толще усиливаемых слабых грунтов, подается вибрированый бетон класса В15. В третьей конечной фазе подается крупнозернистый щебень, что позволяет сформировать щебневую голову колонны, которая обеспечивает мягкое опирание.

Технология выполнения комбинированных колон CMM заключается в применении специального бура, который после пробуривания в грунт на проектную глубину, дальше начинается подача бетона под давлением тем временем бур начинает двигаться уже вверх, таким образом получается колонна CMM. Диаметр такой бетонной колонны составляет от 40 см до 60см. В зависимости от проекта, выше бетонной части колонны, выполняется завибрированная головка колонны из крупнозернистого щебня, которая обеспечивает мягкое опирание фундамента.



Рис. 1. Технология выполнения колонн.

Главными преимуществами комбинированных колонн являются:

· выполнения колон без разрыхления грунта;

· высокая скорость выполнения;

· низкий уровень шума при выполнении работ;

· низкая стоимость выполнения колонн по сравнению с другими технологиями по укреплению грунтов;

· увеличение параметров несущей способности окружающего грунта и несущего грунта;

· возможность снижения степени армирования фундаментов, благодаря мягкой основе грунта и равномерному оседанию.



Виброфлотация применяется для несвязных грунтов, которые укрепляются с помощью соответствующего уплотнения глубинным вибратором.

Песчаные и гравийные слои в основании, а также неконтролируемые песчаные насыпи, часто имеют слишком слабое уплотнение, что делает основание сооружения ненадежным. Применяя глубинные вибраторы компании «Келлер», можно повысить плотность и выровнять степень уплотнения грунта, не зависимо от уровня грунтовой воды.

Уплотнение крупнозернистых грунтов происходит наиболее эффективно при использовании вибраторов сравнительно низкой частоты вибрации, про этом каждый тип вибратора подбирается индивидуально для каждого проекта, принимая во внимание многие факторы, включая существующие соседние здания.

Вибратор, как правило, удерживается краном или экскаватором. Для достижения нужной глубины вибратор опускается с помощью соответствующей трубы. Погружение вибратора в грунт, а также уплотнение, может сопровождаться подмывом водой через сопла, находящиеся на острие, а иногда на стволе вибратора. Уплотнение выполняется возвратно-поступательным движением снизу вверх. Эффективность уплотнения зависит от технических параметров используемого вибратора, вида грунта и принятого расстояния между пунктами уплотнения.

Интенсивность воздействия виброфлотации зависит от множества факторов. Схема расположения точек вибровоздействия и глубина уплотнения устанавливаются в зависимости от вида основания, типа конструкции, требуемой степени воздействия на грунт, а также особенностей местности в каждом конкретном случае. Для контроля достигнутой степени уплотнения выполняется статическое или динамическое зондирование грунта.

1. Углубление: Работающий вибратор, иногда с помощью подмыва водой, погружается в грунт до планируемой глубины. Мелкие фракции грунта, при этом, выносятся на поверхность с выплывающей водой. После достижения проектной отметки, уменьшается подача воды.	2. Уплотнение: Уплотнение грунта выполняется снизу вверх. Зона действия вибратора достигает 5м в диаметре. Прирост уплотнения определяется по увеличению потребление тока, проходящего через електродвигатель вибратора.	3. Заполнение: Вокруг вибратора образуется воронка вследствие осадки грунта, который заполняется привозным материалом (А) или местным (В). Количество досыпаемого материала составляет около 10% уплотняемого объема.	4. Заключение: После выполнения виброфлотации поверхность выравнивается, а затем дополнительно уплотняется площадочным вибратором.

В зоне работы вибратора, в зависимости от примененной методики работ, происходит перемещения зёрен грунта, приводящее к росту степени их уплотнения. В зависимости от свойств основания и интенсивности уплотнения, достигается уменьшение объема грунта до 10%.



Рис. 3. Уплотнение зёрен грунта

Диапазон применения:

В случае недостаточной несущей способности грунта, возможным решением является использование технологии ,,Вибро'',так как возможно улучшить несущую способность грунта практически на любой глубине, как в воде так и под водой.

К ФМЗ относятся фундаменты, имеющие отношение высоты к ширине подошвы и передающие нагрузку на грунты основания преимущественно через подошву.

ФМЗ возводятся в открытых котлованах или в специальных выемках, устраиваемых в грунтовых основаниях.



- ФМЗ по условиям изготовления разделяют на:

· монолитные, возводимые непосредственно в котлованах.

· сборные, монтируемые из элементов заводского изготовления.

- По конструктивным решениям ФМЗ разделяют на:

· отдельно стоящие фундаменты:

a) под колонну (опору);

b) под стены (при малых нагрузках)

· ленточные фундаменты:

a) выполняются под протяженные конструкции (стены);

b) выполняются под ряды и сетки колонн в виде одинарных или перекрестных лент.

· сплошные (плитные) фундаменты

Выполняются в виде сплошной железобетонной плиты, как правило, под тяжелые сооружения. Такие фундаменты разрезаются в плане только осадочными швами, что способствует уменьшению неравномерности осадки сооружения.

· массивные фундаменты

Выполняются в виде жесткого компактного железобетонного массива под небольшие в плане тяжелые сооружения (башни, мачты, дымовые трубы, доменные печи, устои мостов и т.п.).

- ФМЗ изготовляют из следующих матреиалов:

· железобетон

· бетон

· бутобетон

· каменные материалы (кирпич, бут, пиленные блоки из природных камней)

· в отдельных случаях (временные здания) допускается применение дерева или металла.

Железобетон и бетон - основные конструкционные материалы для фундаментов.

Бутовый камень, кирпич и каменные блоки используются для устройства фундаментов, работающих на сжатие и для возведения стен подвалов.

Бутобетон и бетон целесообразно применять при устройстве фундаментов, возводимых в отрываемых полостях или траншеях при их бетонировании в распор со стенками.

Железобетон и бетон можно применять при устройстве всех видов монолитных и сборных фундаментов в различных ИГУ, т.к. они обладают достаточной морозостойкостью, прочностью на сжатие (а для железобетона и на растяжение > действие моментов).

Конструкции фундаметов мелкого заложения

Отдельные фундаменты могут выполняться в монолитном или сборном варианте. Представляют собой кирпичные, каменные, бетонные или железобетонные столбы с уширенной опорной частью.

- Фундаменты имеют наклонную боковую грань или, что чаще, уширяются к подошве уступами, размеры которых определяются углом жесткости б (?30-40є), т.е. предельным углом наклона, при котором в теле фундамента не возникают растягивающие напряжения.

- Сопряжение сборных колонн с фундаментом осуществляется с помощью стакана (фундаменты стаканного типа), монолитных колонн - соединением арматуры колонн с выпуском из фундамента, а стальных колонн - креплением башмака колонны к анкерным болтом, забетонированным.



- Размеры в плане подошвы, ступеней и подколонника монолитных фундаментов принимаются кратным 300 мм, а высота ступеней - кратной 150 мм.

- При устройстве отдельных фундаментов под стены по обрезу фундаментов, а при необходимости и через дополнительные опоры, укладываются фундаментные балки (рандбалки), на которые упираются подземные конструкции (рис 10.4.а).

- В тех случаях, когда это возможно, сборный фундамент устраивают из одного элемента (рис 10.4.б) или переходят на монолитный вариант фундамента.

- с целью сокращения трудоемкости работ по устройству фундаментов и уменьшению их стоимости создаются новые типы фундаментов, которые в соответствующих грунтовых условиях оказываются более экономичными по сравнению с традиционными типами.



Ленточные фундаменты

· Под стены: также устраивают либо из сборных блоков, либо монолитными.

- Чтобы уменьшить объем железобетона в теле фундамента, иногда применяют ребристые железобетонные блоки или плиты с угловыми вырезами (рис 10.7).

- Фундаментные стеновые блоки (ФБС) изготовляют из тяжелого бетона, керамзитобетона или плотного силикатного бетона. Ширина блоков принимают равной (или меньше) толщине надземных стен, но не менее 30 см.

Надземные стены не должны выступать над фундаментными более чем на 15 см.

Высота типовых стеновых блоков составляет 280 или 580 мм (20 на цементный шов).

- Для повышения жесткости сооружения (выравнивания осадок, антисейсмические мероприятия и т.п.) сборные фундаменты усиливают армированными швами или железобетонными поясами, устроенных поверх фундаментных плит или последнего ряда стеновых блоков по всему периметру здания на одном уровне.

· Под колонны: устраивают в виде одиночных или перекрестных лент и выполняют, как правило, в монолитном варианте из железобетона. Возможно их устройство и в сборном варианте в виде отдельных блоков, соединяемых между собой с последующим омоноличиванием стыков.

Сплошные фундаменты выполняются, как правило, из монолитного железобетона.

- По конструктивным особенностям различают:

· Плитные (гладкие, ребристые);

· Коробчатые.

- Толщину плиты определяют расчетом на моментные нагрузки (от изгиба в двух взаимно перпендикулярных направлениях) и исходя из расчета на продавливание в местах опирания колонн.

- Опирание колонн осуществляется через сборные и монолитные стаканы, ребристые плиты соединяются с колоннами с помощью монолитных стаканов или выпусков арматуры.

Массивные фундаменты выполняются в монолитном варианте.

С целью сокращения объема бетона в тело массивного фундамента закладывают пустообразователи.

При передаче на такой фундамент больших моментов (мачты, дымовые трубы и т.п.) целесообразно его усиление анкерами, что позволяет повысить устойчивость сооружения, уменьшить его размеры и массу.



Расчет ФМЗ начинают с предварительного выбора его конструкции и основных размеров (это глубина заложения фундамента и размер его подошвы).

Далее производят расчет по двум предельным состояниям:

I - Расчет по прочности (устойчивость)

II - Расчет по деформациям, которые являются основным и обязательным для всех ФМЗ.

А расчет по I группе предельных состояний является дополнительным и производится в одном из следующих случаев:

- Сооружение расположено на откосе (склоне) или вблизи него;

- На основание передаются значительные по величине горизонтальные нагрузки;

- В основании залегают очень слабые грунты (или текучие и текучепластичные глинистые грунты и т.п.), обладающие малому сопротивлению сдвигу;

- В основании залегают наоборот, очень прочные - скальные грунты.

Установив окончательные размеры фундамента, удовлетворяющие двум группам предельного состояния, переходят к его конструированию (курс ЖБК).

Определение глубины заложения фундамента

Очевидно, что чем меньше глубина заложения фундамента, тем меньше объем затрачиваемого материала и ниже стоимость его возведения. Однако при выборе глубины заложения фундамента приходится руководствоваться целым рядом факторов:

- Геологическое строение участка и его гидрогеология (наличие воды);

- Глубина сезонного промерзания грунта;

- Конструктивные особенности здания, включая наличие подвала, глубину прокладки подземных коммуникаций, наличие и глубину заложения соседних фундаментов.

1. Учет ИГУ строительной площадки заключается в выборе несущего слоя грунта. Этот выбор производится на основе предварительной оценки прочности и сжимаемости грунтов. По геологическим разрезам. Все многообразие напластования грунта можно представить в виде трех схем:

При выборе типа и глубины заложения фундамента придерживаются следующих общих правил:

- Минимальная глубина заложения фундамента принимается не менее 0,5 мот планировочной отметки;

- Глубина заложения фундамента в несущий слой грунта должна быть не менее 10-15 см;

- По возможности закладывать фундаменты выше УГВ для исключения необходимости применения водопонижения при производстве работ;

- В слоистых основаниях все фундаменты предпочтительно возводить на одном грунте или на грунтах с близкой прочностью и сжимаемостью. Если это условие невыполнимо, то размеры фундаментов выбираются главным образом из условия выравнивания осадок.

Глубина сезонного промерзания грунта.

Проблема заключается в том, что многие водонасыщенные глинистые грунты обладают пучинистыми свойствами, т.е. увеличивают свой объем при замерзании, за счет образования в них прослоек льда. Замерзание сопровождается подсосом грунтовой воды из ниже лежащих слоев .за счет чего толщина прослоек льда еще более увеличивается. Это приводит к возникновению сил пучения по подошве фундамента. Которые могут вызвать подъем сооружения. Последующее оттаивание таких грунтов приводит к резкому их увлажнению, снижению их несущей способности и просадкам сооружения.

Наибольшему пучению подвержены грунты, содержащие пылеватые и глинистые частицы. К непучинистым грунтам относят: крупнообломочный грунт с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней крупности, глубина заложения фундаментов в них не зависит от глубины промерзания (в любых условиях).

Конструктивные особенности сооружения.

Основными конструктивными особенностями возводимого сооружения, влияющими на глубину заложения его фундамента, являются:

- Наличие и размеры подвальных помещений, приямков или фундаментов под оборудование;

- Глубина заложения фундаментов примыкающих сооружений;

- Наличие и глубина прокладки подземных коммуникаций и конструкций самого фундамента.

Глубина заложения фундамента принимается на 0,2-0,5 м ниже отметки пола подвала (или заглубленного помещения), т.е. на высоту фундаментного блока.

Фундаменты сооружения или его отсека стремятся закладывать на одном уровне.

В других случаях, разность отметок заложения расположенных рядом фундаментов (Дh) не должна превышать:

a - расстояние в свету между фундаментами;

p - среднее давление под подошвой расположенного выше фундамента.

Фундаменты проектируемого сооружения, непосредственно примыкающие к фундаментам существующего, рекомендуется закладывать на одном уровне, либо проведение специальных мероприятий (шпунтовые стены).

Ввод коммуникаций (трубы водопровода, канализации) должен быть заложен выше подошвы фундамента.

При этом условии трубы не подвержены дополнительному давлению от фундамента, а фундаменты не опираются на насыпной грунт траншей, вырытых для прокладки труб. Кроме того, при необходимости замены труб не будут нарушены грунты основания.

Форма и размер подошвы фундамента

Форма бывает любая (круглая, кольцевая, многоугольная, квадратная, прямоугольная, ленточная, табровая, крестообразная и более сложная форма), но, как правило, она повторяет форму опирающейся на нее конструкцию.

Площадь подошвы предварительно может быть определена из условия:

PII ? R,

Где PII - среднее давление под подошвой фундамента от основного сочетания расчетных нагрузок при расчете по деформациям;

R - расчетное сопротивление грунта основания, определяемое по формуле СНиП.

Внецентренно нагруженные фундаменты - это такие фундаменты, у которых равнодействующая внешних нагрузок (сил) не проходит через центр тяжести его подошвы.

Давление на грунт по подошве внецентренно нагруженного фундамента принимается изменяющимся по линейному закону, а его краевые значения определяются по формулам внецентренного сжатия.

Защита фундаментов и заглубленных помещений от подземных вод и сырости

Необходимость защиты фундаментов от подземных вод и сырости вызвана тем негативным воздействием, которое они оказывают на состояние строительных конструкций (появление на внутренней стороне стен сырости, плесени, отслоение краски, отсыпание штукатурки, ухудшение санитарных условий подвала за счет повышенной влажности; сырость может по капиллярам конструкций распространиться и выше в нижние этажи зданий и т.д. и т.п.).

Три основные группы способов защиты заглубления помещений от вредного воздействия подземных вод и сырости:

- Отвод дождевых и талых вод;

- Устройство дренажей для осушения грунта;

- Применение гидроизоляции.

Выбор способа защиты зависит от топографических, гидрогеологических условий, сезонного колебания УПВ, агрессивности вод, конструктивных особенностей заглубленных помещений.

Отвод дождевых и талых вод

1. Вдоль наружных стен зданий обязательно устраивают отмостку с уклоном в сторону от сооружения.

2. Осуществляется вертикальная планировка территории застройки (придание местности определенных уклонов).

3. Устройство системы водоотливных канав, ливневой канализации и т.п.

Дренаж - это система дрен и фильтров, которая служит для перехвата, сбора и отвода подземных вод от сооружения.

Дренажи могут устраиваться как для одного здания (кольцевой дренаж), так и для комплекса зданий (систематической дренаж), что более экономично, за счет меньшей протяженности.

Виды дренажей:

- Траншейные;

- Закрытые беструбчатые;

- Закрытые трубчатые;

- Галерейного типа;

- Пластовый + пристенный.

1. Траншейные дренажи.

Основные положения и классификация

В тех случаях, когда с поверхности залегают слои слабых грунтов, которые не могут служить основанием для фундаментов мелкого заложения проектируемого сооружения, возникает необходимость передачи нагрузки на более плотные слои, расположенные на глубине. В подобных ситуациях чаще всего прибегают к устройству свайного фундамента.

Сваей называют погруженный в готовом виде или изготовленный в грунте стержень, предназначенный для передачи нагрузки от сооружения на грунт основания.

Отдельные сваи или группы свай, объединенные поверх распределительной плитой или балкой, образуют свайный фундамент.

Распределительные плиты или балки, объединяющие головы свай, выполняются, как правило, из железобетона и называются ростверками. Ростверк воспринимает, распределяет и передает на сваи нагрузку от расположенного выше сооружения.

Если ростверк заглублен в грунт или его подошва расположена непосредственно на поверхности грунта, то его называют низким ростверком, если подошва ростверка расположена выше поверхности грунта - это высокий свайный ростверк . Наиболее часто применяют низкий ростверк, высокий ростверк устраивают в опорах мостов, набережных, пирсов и т.п.

Свая, находящаяся в грунте, может передавать нагрузку от сооружения либо через нижний конец (пята), либо совместно с боковой поверхностью сваи за счет трения последней об грунт.

Устройство набивных свай

Устройство набивных свай можно разделить на шесть основных групп. В первые три группы входят те виды набивных свай, для устройства которых скважины образуют бурением. Эти группы получили общее название буро-набивных свай.

I группа - сваи, для которых скважины образуют бурением сухим способом без глинистого раствора и обсадных труб: скважины бурят роторным или другим способом без уширения ствола или пяты или с уширением (сваи камуфлетные, с разбуриваемой пятой, лучевидные); скважины образуют с лидерным буровым шпуром с последующим увеличением их диаметра до заданных размеров с помощью взрыва (гофрированные сваи и др.); то же, роторным бурением из разбуриваем сдобавлением цемента

Набивные сваи

Буронабивные сваи

Характерной особенностью технологии устройства буронабивных свай является предварительное бурение скважин до заданной отметки и последующее формирование ствола сваи.

В зависимости от грунтовых условий буронабивные сваи устраивают одним из следующих трех способов: без крепления стенок скважин (сухой способ), с применением глинистого раствора для предотвращения обрушения стенок скважины, с креплением скважин обсадными трубами.

Сухой способ применим в устойчивых грунтах (просадочные и глинистые твердой, полутвердой и тугопластичной консистенции), которые могут держать стенки скважины. Технология устройства таких свай состоит в следующем. Методами вращательного бурения (шнековая колонна или ковшовый бур) в грунте разбуривают скважину необходимого диаметра и на заданную глубину. По достижении проектной отметки в необходимых случаях нижнюю часть скважины расширяют с помощью специальных расширителей, закрепленных на буровой штанге и входящих в комплект бурового станка.