Поняття про укріплення ґрунтів. Методи укріплення ґрунтів. Механічні методи укріплення ґрунтів

де М – маса трамбовки, т; Н – висота скидання, м;

α=0,1-1,0 м/т – коефіцієнт, що залежить від властивостей ґрунту.

Ще краще двохмасове трамбування. Наприклад, спочатку падає перша плита масою m₁=5,5 т, а через 0,07 с падає друга плита масою m₂=4,5 т і ударяє через плиту по ґрунтовому масиву. Саме таким методом ущільнювали пісок підводної зони С.Петербурзької дамби захищаючи місто від повені.

Перевага двухмасового трамбування полягає в утворенні меншого випору при ущільнені грунту.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лекція № 2. Механічні методи укріплення ґрунтів 

 

Глибинне віброущільнення  використовують в рихлих піщаних ґрунтах природного залягання, а також при влаштуванні незв’язних ґрунтів в насипах, влаштуванні зворотних засипок.

При вібрації дисперсні сипучі ґрунти, в яких відсутнє зчеплення між  частинками, починають рухатися і під дією інерційних сил вібрації і сили тяжіння відбувається зміщення частинок. В результаті чого відбувається ущільнення грунту. Ефективність ущільнення підвищується при подачі в зону ущільнення води. Такий метод ще називають гідровіброущільненням.

Глибинне ущільнення вібрацією  переважно виконують вібробулавою, що завантажується в грунт. Одночасно під тиском близько 0,5 МПа через трубу (діаметром 25 мм і довжиною 2-2,5 м) з отворами, яку попередньо забили в грунт, подають воду. При включенні вібробулави вона завантажується в грунт. Потім після досягнення необхідної глибини вібрацію продовжують 10-20 с, а потім піднімають вібробулаву автокраном.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким шляхом можна ущільнювати  шар товщиною до 10 м. В результаті наступна осадка основи зменшується  на порядок.

Попереднє ущільнення основ  статичним навантаженням використовують для покращення будівельних властивостей слабких водонасичених глинистих грунтів і торфів при їх розповсюдженні на значну глибину.

Статичне навантаження створюється шляхом влаштування насипу грунту із місцевих матеріалів на площу, що ущільнюється.

В цьому випадку тиск на підошву насипу повинен бути не менший тиску, що передається на основу від споруди, що проектується.

Оскільки висота тимчасових насипів обмежена, так як для їх зведення необхідно транспортування великої кількості матеріалу, цей метод використовують в основному для ущільнення основ споруд, що передають відносно невеликий тиск на основи.

При використанні цього методу необхідний тривалий час для завершення процесі  консолідації і стабілізації осадок. Для прискорення процесу ущільнення використовують вертикальні дренажі.

Ущільнення грунту водопониженням.

Цей метод ефективно використовувати при ущільненні дрібних та пилуватих пісків. При зміні коефіцієнту фільтрації пісків від 0,05 до 0,002 см/с для водопониження використовують голкофільтрувальні установки. При вмісті в пилуватих пісках великої кількості глинистих частинок і коефіцієнті фільтрації менше 0,002 см/с використовують ежекторні голкофільтри, що дозволяють знижувати рівень підземних вод до глибини 25 м. Водопониження в глинистих грунтах, коефіцієнт фільтрації яких менший 0,001 см/с, виконують за допомогою електроосмосу. Для цього в грунт завантажують голкофільтри, які є катодами, і металічні стержні – аноди. При пропусканні через грунт постійного електричного струму відбувається переміщення води до голкофільтру-електроду і ефективний коефіцієнт фільтрації збільшується в 10-100 разів.

Зниження рівня ґрунтових вод  приводить до того, що в межах  зони водопониження знімається виважена дія води, як наслідок власна вага грунту збільшується і відбувається ущільнення в умовах природного залягання.

Вибухом ущільнюють піски та просадочні ґрунти. Просадочні ґрунти за методикою, розробленою в м. Києві проф. Литвиновим, попередньо зволожують через свердловини. Потім в свердловини в трубках опускають заряди і виконують ряд послідовних вибухів з інтервалом в декілька секунд. Грунт ущільнюється і втрачає просадочність завдяки розм’якшенню природних цементуючих зв’язків водою, дією вибуху та власної ваги грунту.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Піщані палі

Їх використовують для ущільнення сильностискаючих глинистих ґрунтів, рихлих пісків, за торфованих ґрунтів на глибину до 18-20 м.

Піщані палі виготовляють таким  чином. В грунт за допомогою вібратору  завантажується пустотіла металічна  труба діаметром 300-400 мм із саморозкриваючим наконечником. Після завантаження труби  в неї засипається пісок на висоту 3-4 м. Після чого включають вібратор і трубу починають піднімати. При цьому наконечник розкривається, труба піднімається на висоту 2-3 м і в свердловині залишається стовп піску. Причому трубі необхідно піднімати так, щоб в неї залишався шар піску не менше 1м. Вказані операції повторюються до повного витягу труби, після чого в основі залишається стовп ущільненого піщаного грунту. Біля піщаної палі грунт також знаходиться в ущільненому стані.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Використовують ущільнення грунту в тілі насипу методом «паля в палю». Суть заключається в тому, що після того, як інвентарна труба витягується з грунту, стулки наконечника закривають і трубу знову завантажують в тіло влаштованої вже палі. Як правило вважається задовільним, якщо при повторному завантаження  труби її вдається завантажити до глибини 0.8 від довжини піщаної палі.

За таким методом досягається  ефективне ущільнення водонасичених  глинистих грунтів, так як після повторного завантаження труби фактичний діаметр збільшується до 60-70 см.

Крім того, в подібних ґрунтових умовах піщані палі грають вертикальних дрен, за рахунок чого суттєво збільшується процес консолідації водонасичених глинистих грунтів. Палі розміщують як правило в шаховому порядку.

 

 

 

 

 

 

 

 

Грунтові палі.

Глибинне ущільнення ґрунтовими палями приймається для покращення будівельних властивостей просадочних ґрунті при степені вологості S_r=0,3-0,7 на глибину до 20 м. Суть методу полягає у влаштування вертикальної порожнини, яка потім засипається місцевим ґрунтом з пошаровим ущільненням. Влаштування таких паль усуває просадочні властивості грунту.

Ущільнення таких паль виконується 2 методами.

Перший метод полягає у створенні  свердловини за допомогою ударного снаряду, що опускається з певної висоти.  Діаметр сердловини при  цьому становить від 0,4 до 1 м при діаметрі зони ущільнення 1,4-3,6м.

Другий метод полягає у використанні глибинних вибухів, які влаштовуються  гірляндою по глибині попередньо влаштованої свердловини. Після  вибуху утворюється вертикальна  порожнина діаметром 0,5-0,6 м.

Вапняні палі використовують для глибинного ущільнення водонасичених за торфованих грунтів. В товщі грунтів пробурюють свердловини діаметром 0,32-0,5 м. Якщо грунт не зберігає вертикальні стінки свердловин використовують металічна труба із саморозкриваючим наконечником.

Свердловини заповнюють негашеним  грудкуватим вапном, яке ущільнюють в процесі заповнення. При цьому відбувається збільшення діаметру палі до 20 %. Негашене вапно при взаємодії з водою гаситься водою із збільшенням об’єму. В такому випадку діаметр палі збільшується ще на 60-80 %. Цим створюється додаткове ущільнення навколишнього грунту.

При гасінні вапна відбувається велике виділення тепла і температура  тіла палі досягає 300 ⁰С. Під дією такої високої температури проходить часткове випаровування порової води, в результаті чого зменшується вологість грунту і прискорюється його ущільнення.

1.3. Армування грунту

Армування грунту полягає у введення в грунт спеціальних армуючих елементів. Ці елементи виконуються у вигляді стрічок або суцільних матів.

В 1968-70 рр. були зроблені перші спроби армування ґрунту і будівництво  конструкцій із армогрунту.

Армогрунт – конструкція, що складається  із ґрунту, огородження і тяг, що проходять через грунт.

Огородження влаштовують із окремих  блоків чи плит, що створюють стінку, а тяги, що проходять через грунт виконані із металічних чи полімерних смуг, або тросів.

 

 

 

 

 

 

Рис. Підпірна стінка із армогрунту

 

В 70-х роках минулого сторіччя для  армування ґрунту почали використовувати полотняні синтетичні неткані матеріали – геотекстилі (Стабіленка, дорніт і ін.).

Прошарки із геотекстилю використовують для армування тіла насипу і його укосів. Такий прошарок влаштовується так, щоб він пересікав потенціальну поверхню ковзання і працював на розтяг у випадку зміщення однієї частини ґрунтового масиву відносно другої по поверхні ковзання.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Армування насипу на слабкій основі

Тобто армуючи елементи повинні  володіти достатньою міцністю і забезпечувати  необхідне зачеплення з грунтом. Для цього в багатьох випадках їх поверхню роблять шороховатою.

При зведенні підпірних стінок армування  грунту зворотної засипки знижує активний тиск грунту на стінку, внаслідок  чого зменшується зусилля в конструкції  стінки і збільшується її стійкість. Арматура тут грає роль анкеруючих елементів і повинна заводитися за межі призми обвалення.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4. Покращення роботи основи

Влаштування ґрунтових  подушок

Якщо в основі фундаменту залягають  слабкі ґрунти (мули, торфи, текучі глинисті ґрунти і ін.), що володіють низькою несучою здатністю, то використання їх в якості основи дуже часто виявляється не неможливим або недоцільним.

В цьому випадку економічним  може бути заміна слабкого грунту іншим, що володіє достатньо високим  опором зсуву і який утворює так  звану ґрунтову подушку.

В якості матеріалу ґрунтових подушок зазвичай використовують великоуламкові ґрунти, крупні та гравіюваті піски.

При вирішенні питання про призначення  товщини ґрунтових подушок може бути 2 випадки.

Можливий варіант коли шар слабкого грунту підстилається більш міцним грунтом, причому відстань від підошви фундаменту до поверхні міцного грунту не перевищує 1-3м. Тоді доцільно повністю видалити слабкий грунт в межах цієї глибини і замінити його, наприклад, піском, створивши піщану подушку.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Коли пласт слабкого грунту має велику товщину, то повністю видалити слабкий грунт в межах цієї глибини може бути не економічно і тоді влаштовують так звані грунтові подушки «висячого» типу. Якщо в першому випадку вибір товщини подушки однозначний, то в другому випадку її товщина повинна бути підібрана таким чином, що не було руйнування ґрунтової основи в процесі експлуатації.

Порядок проектування ґрунтових  подушок зводиться до наступного. Задавшись орієнтовними значеннями розрахункових характеристик матеріалу подушки, визначають орієнтовні розміри фундаменту в плані. Потім, варіюючи товщину подушки, а при необхідності і розміри фундаменту в плані, встановлюють таку товщину подушки, щоб виконувалась умова:

де р_z – сума тисків, що передаються на шар слабкої основи від маси фундаменту і маси ґрунтової подушки;

R_z – розрахунковий опір грунту слабкої основи.

При використанні ґрунтових подушок  значно зменшуються осадки фундаментів, так як модуль деформації в тілі подушок в декілька разів перевищує модулі деформації слабких ґрунтів.

Подушки із незв’язних ґрунтів одночасно  виконують роль дренуючого шару при  фільтрації порової води із нижчележачих водонасичених ґрунтів в процесі  їх ущільнення, а потім і експлуатації всієї споруди.

Використання ґрунтових подушок  із піщаних та великоуламкових грунтів дозволяє зменшити глибину закладання фундаменту із умови промерзання основи та ін.