Добавки для укрепления грунтов. Методы укрепления грунтов
Укрепление грунтов цементом обычно применяют при строительстве дорог в III-V дорожно-климатических зонах. Во II зоне укрепляют крупнообломочные грунты, пески, супески и легкие суглинки, а при укреплении тяжелосуглинистых грунтов следует вводить специальные активные добавки. До начала производства работ земляное полотно должно быть тщательно спланировано по проектным отметкам и хорошо уплотнено при оптимальной влажности. Недопустима укладка слоя укрепленного грунта на переувлажненное земляное полотно. Для получения конструктивных слоев дорожной одежды необходимого качества нужно обеспечить точное дозирование цемента, тонкое размельчение агрегатов и микроагрегатов грунта и равномерное распределение в нем цемента, оптимальное и равномерное увлажнение смеси в случае недостаточной влажности грунта, хорошее уплотнение смеси и, наконец, обеспечение соответствующего влажностного и температурного режима при твердении цементогрунтовой смеси.
39. Гравийные, щебеночные и шлаковые основания и покрытия.
Гравийные, щебеночные и шлаковые основания и покрытия, устраиваемые без применения вяжущих материалов, могут быть построены из местных материалов с использованием простой технологии и с помощью средств механизации для выполнения всех технологических операций. Основные недостатки этих оснований и покрытий - большая пылимость, недостаточная связность и сравнительно быстрый и неравномерный износ. Поэтому их чаще всего используют в качестве оснований под цементо- и асфальтобетонные покрытия или укрепляют вяжущими материалами, что почти устраняет указанные недостатки. В ряде случаев гравийные и щебеночные покрытия могут быть построены для временной эксплуатации с последующим использованием в качестве основания под капитальные тины покрытий. Их также применяют на сопряжениях ИВПП с концевыми и боковыми полосами безопасности и на старто-финишных площадках грунтовых аэродромов.
40.Устройство оснований способом пропитки.
Технология способа пропитки заключается в последовательной россыпи и уплотнении рыхлых минеральных материалов нескольких фракций и поливке их органическими вяжущими материалами. Монолитность и прочность пропитанного слоя обеспечиваются заклинкой частиц минерального материала и их сцеплением за счет вяжущих свойств битумов (дегтей) или эмульсий.
В зависимости от толщины обрабатываемого слоя различают два вида пропитки:
Глубокую - 6...8 см;
Облегченную (полупропитку) - 4...6 см.
По способу пропитки устраивают покрытия для дорог с интенсивностью движения до 2000 авт/сут или же основания для усовершенствованных капитальных покрытий с интенсивностью движения более 2000 авт/сут. Основными преимуществами таких покрытий являются высокая прочность почти равная асфальтобетону, отсутствие трещин, возможность широкой механизации. К недостаткам пропитки следует отнести повышенный расход вяжущего по сравнению с другими способами обработки минерального материала вяжущими, неполное обволакивание минеральных частиц вяжущим и требуется щебень из прочных каменных материалов (1...3 классов прочности).
Покрытия по способу глубокой пропитки устраивают с применением трех или четырех фракций щебня в зависимости от толщины слоя и размера щебня в первой россыпи. Для облегченной пропитки применяют щебень двух или трех фракций. Максимальный размер щебня в первой россыпи не должен превышать 0,85 толщины конструктивного слоя.
В качестве вяжущего для пропитки применяют вязкие битумы БНД 90/130, деготь Д-7. При использовании щебня из мягких пород вязкость вяжущих можно несколько понизить.
Россыпь щебня производят щебнераспределителем (табл.8 .2.7). В процессе укатки нужно следить, чтобы края щебня не обламывались, поскольку мелочь закупоривает поры и препятствует проникновению в глубь вяжущего. При применении щебня из мягких пород в качестве вяжущего лучше применять битумную эмульсию. Суммарный расход вяжущего примерно равен 1,0...1,2 л/м 2 на 1 см толщины. Розлив вяжущего осуществляют автогудронаторами (табл. 8.4.2). Для хорошего проникновения в слой щебня вязкого битума его нагревают до рабочей температуры 80...170°С. Эмульсии разливают без подогрева.
Вслучае нарушения технологии выполнения работ или несоблюдения требований, предъявляемых и исходным материалам в процессе строительства, выявляются дефекты:
1. Избыток вяжущего (покрытие деформируется в жаркую погоду), на нем образуются наплывы, волны, просадки. Такие участки исправляют россыпью дополнительного слоя каменной мелочи с последующим уплотнением. При значительном избытке вяжущего рекомендуется полная замена.
2. Недостаток вяжущего (сухие места). Исправляют дополнительным розливом вяжущего. После розлива распределяют щебень фракции 15...20 мм из расчета 1 м 3 на 100 м 2 . Далее щебень разметают метлами и производят уплотнение.
Уплотнение считают законченным, когда поверхность станет ровной и под вальцом катка не будет заметно движение щебенок.
При сухой и теплой погоде формирование покрытия заканчивается через 3...4 недели. В начале эксплуатации за покрытием организуют усиленный уход, включающий:
Регулирование движения по ширине проезжей части и ограничение его скорости;
Наметание каменной мелочи, разбрасываемой автомобилями при движении;
Присыпку каменной мелочью участков с избытком вяжущего;
Ремонт отдельных мест, разрушающихся под движением.
В процессе формирования покрытия могут появиться выбоины, волны, недостаточная плотность, отслаивание тонких верхних слоев, потение покрытия.
Выбоины образуются в местах, пропущенных при розливе вяжущего. Исправления производят ямочным ремонтом.
Волны образуются от избытка вяжущего. Отдельные волны исправляются ямочным ремонтом. При сплошной волнистости материал следует вскирковать и удалить с дороги для устройства покрытия смешением на дороге. После удаления материала покрытие устраивают заново.
Недостаточная плотность покрытия бывает причиной его замедленного просыхания после дождя. На общей сухой поверхности сохраняются темные пятна, полосы. Для исправления необходимо убрать часть покрытия (каменную мелочь), сделать розлив вяжущего 1 л на 1 м 2 , распределить чистую каменную мелочь и уплотнить.
Отслаивание тонких верхних слоев происходит в результате розлива вяжущего на влажный или загрязненный щебень основной россыпи, а также при плохом распределении щебня при второй или третьей россыпи, когда не происходит заклинка. Для исправления удаляют отслаивающий слой, просушивают и очищают основной слой щебня и заново делают вторую и третью россыпь с поливкой битума и уплотнением.
Потение покрытия происходит в жаркую погоду из-за избытка вяжущего или низкой теплоустойчивости битума. Исправление осуществляют россыпью каменной мелочи с минеральным порошком или цементом.
После исправления всех дефектов покрытие подвергают одиночной поверхностной обработке.
Государственный всесоюзный дорожный научно-исследовательский институт
(СОЮЗДОРНИИ)
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО УКРЕПЛЕНИЮ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ С РАЗМЕЛЬЧЕНИЕМ ИХ С ПОМОЩЬЮ ДОБАВОК ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ И ИЗВЕСТИ
Балашиха Московской области 1970 Для улучшения размельчения тяжелых суглинков и глин грунтосмесителем Д-391 и фрезой Д-530 рекомендовано вводить при укреплении грунтов цементом или жидким битумом добавки ПАВ (ССБ и ОП-7 или ОП-10) и извести. Применение указанных добавок обеспечивает повышение однородности смеси и за счет этого увеличение водо- и морозостойкости укрепленного грунта, увеличение производительности за счет интенсификации процесса размельчения. Указана область применения добавок ПАВ и извести и требования к ним. Изложены технология проведения работ, техника безопасности при работе с химическими добавками и лабораторные методы определения расхода химической добавки.Табл.-2.Предисловие
При укреплении тяжелых глинистых грунтов современными методами (цементом, битумом и комплексными способами) не всегда удается получить на производстве материал, по физико-механическим свойствам близкий к тому, который получают в лаборатории или на стенде. Проведенные за последние годы исследования Союздорнии показали, что требуемые физико-механические свойства укрепленных грунтов в значительной степени зависят от качества размельчения тяжелых суглинков и глин современными машинами (особенно фрезой Д-630). Размельченный таким образом грунт содержит большое количество крупных комков (агрегатов), что обусловливает неоднородность смеси по распределению вяжущего и является причиной пониженной водо- и морозостойкости укрепленного грунта. Для улучшения размельчения тяжелых грунтов в процессе работы фрезы Д-530 и грунтосмесителя Д-391 было предложено вводить в грунт поверхностно-активные вещества неиногенного типа (ПАВ) и известь. Результаты исследований и опытных работ на грунтах различных генетических типов показали целесообразность предлагаемых методов размельчения и легли в основу «Предложений по укреплению глинистых грунтов с размельчением их с помощью добавок ПАВ и извести». Настоящие «Предложения» составлены для широкого производственного применения рекомендуемой технологии. Предложения разработали канд. геол. - минерал, наук Л.Н. Ястребова и инж. Е.И. Путилин. Замечания и пожелания по «Предложениям» просьба направлять по адресу: Московская область, Балашиха-6 , Союздорнии. Зам. директора Союздорнии по научной работе кандидат технических наук Ю. МотылевОбщие положения
1. Настоящие «Предложения» являются развитием и дополнением «Указаний по применению в дорожном и аэродромном строительстве грунтов, укрепленных вяжущими материалами» (СН 25-64) и «Технических указаний по комплексным методам укрепления грунтов цементом с применением добавок химических веществ при устройстве дорожных и аэродромных оснований и покрытий» (ВСН 158-69) в части методов и технологии размельчения глинистых грунтов при укреплении их вяжущими материалами (цементом и жидким битумом). 2. Добавки химических веществ в соответствии с требованиями СН 25-64 и ВСН 158-69 вводят при укреплении тяжелых суглинков и глин вяжущими материалами. При использовании в качестве вяжущего цемента применяют добавки извести, каустической соды или легкорастворимых солей. При укреплении этих грунтов жидким битумом улучшают их гранулометрический состав скелетной добавкой (песком) и применяют добавку извести. 3. Эффективность этих методов (соответствие физико-механических свойств производственных смесей требуемым нормативам и обеспечение долговечности конструктивного слоя) достигается в том случае, если при строительстве оснований и покрытий грунты размельчены согласно требованиям СН 25-64. 4. Требования к степени размельчения глинистых грунтов при использовании линейных грунтосмесительных машин Д-391 и Д-530 с применением для укрепления рекомендуемых добавок не обеспечиваются в следующих случаях: - при укреплении тяжелых суглинков и глин в сухую и жаркую погоду в III , IV и V дорожно-климатических зонах, когда естественная влажность грунтов менее оптимальной для размельчения, с использованием фрезы Д-530 и грунтосмесителя Д-391; - при укреплении глин различных разновидностей с влажностью оптимальной для размельчения, с использованием фрезы Д-530 и грунтосмесителя Д-391; - при укреплении тяжелых суглинков с влажностью оптимальной для размельчения, с использованием Фрезы Д-530. 5. «Предложения по укреплению глинистых грунтов с размельчением их с помощью добавок ПАВ и извести» разработаны для районов строительства дорог, где основным типом местных грунтов являются тяжелые суглинки и глины, а карьеры песчаных и супесчаных грунтов находятся от места строительства на расстоянии более 5 км. 6. Применение добавок ПАВ и извести в процессе размельчения глинистых грунтов обеспечивает: а) повышение однородности смеси и за счет этого увеличение водо- и морозостойкости укрепленного грунта; б) увеличение производительности труда за счет интенсифицирования процесса размельчения грунтов. 7. Правильный выбор добавок ПАВ и извести обеспечивает при использовании грунтосмесителя Д-391 и фрезы Д-530 требуемую степень размельчения различных разновидностей тяжелых суглинков и глин с числом пластичности до 23: - с влажностью оптимальной и менее оптимальной; - с влажностью более оптимальной. 8. Устройство дорожных оснований и покрытий из местных глинистых грунтов, укрепленных вяжущими материалами и размельченных с добавками ПАВ, взамен оснований и покрытий из привозных супесчаных или песчаных грунтов, укрепленных вяжущими, дает экономию (в зависимости от стоимости ПАВ и дальности возки супесчаного или песчаного грунта) 1,3-1,7 тыс. руб. на 1 км. При использовании в качестве добавки извести экономия составляет 1,0-3,8 тыс. руб. на 1 км.Область применения и требования к добавкам ПАВ и извести
9. При устройстве дорожных и аэродромных оснований и покрытий из тяжелых суглинков и глин, укрепленных цементом или жидким битумом, во II , III , IV и V дорожно-климатических зонах применяют для размельчения следующие добавки, которые должны удовлетворять требованиям ГОСТ: - известь негашеная (молотая кипелка) или гашеная ГОСТ 9179-59; - сульфитно-спиртовая барда - ССБ(бардяной концентрат) - ГОСТ 8518-57; - смачиватель ОП-7 или ОП-10 - ГОСТ 8433-57. 10. Степень размельчения грунтов зависит не только от числа пластичности грунтов и их естественной влажности, но и в значительной степени от генетического типа грунтов: содержания гумуса, карбонатов, полуторных окислов, легкорастворимых солей и поглощенного натрия, а также типа грунтосмесительной машины. 11. Ввиду неодинаковой эффективности рекомендуемых добавок для размельчения грунтов в зависимости от указанных факторов при выборе добавки следует учитывать как свойства укрепляемых грунтов (табл. 1), так и тип машины, который будет использован на строительном объекте для размельчения грунтов и смешения с вяжущим. 12. При влажности грунтов, превышающей оптимальную для размельчения не более чем на 12 % (согласно ВСН 158-69), применяют добавку извести. При влажности грунтов, близкой к оптимальной, добавку извести следует применять в основном в условиях II и III дорожно-климатических зон.Таблица 1
Область применения добавок ПАВ и извести
|
Виды глинистых грунтов |
Естественная влажность грунтов |
более оптимальной 2) для размельчения (более 0,3- 0,4 F) |
оптимальная для размельчения |
менее оптимальной для размельчения (менее 0,3- 0,4 F) |
ССБ 3) , ОП-7, ОИ-10 |
ССБ 4) , ОП-7, ОП-10 |
Суглинки тяжелые и тяжелые пылеватые гумусированные (с числом пластичности 12-17) |
Известь, ОП-7, ОП-10 |
ОП-7, ОП-10 |
Суглинки тяжелые и тяжелые пылеватые: моренные, засоленные, солонцеватые) (с числом пластичности 12-17) |
Известь, ССБ, ОП-7, ОП-10 |
ССБ 4) , ОП-7, ОП-10 |
Известь, ССБ, ОП-7, ОП-10 |
ССБ 4) , ОП-7, ОП-10 |
Глины песчанистые и глины пылеватые гумусированные (с числом пластичности 17-23) |
Известь, ОП-7, ОП-10 |
ОП-7, ОП-10 |
Глины песчанистые и глины пылеватые: моренные, засоленные, солонцеватые 1) (с числом пластичности 17-23) |
Известь, ССБ, ОП-7, ОП-10 |
ССБ 4) , ОП-7, ОП-10 |
Таблица 2
Расход добавок ПАВ и извести
|
Виды глинистых грунтов |
Ориентировочное количество добавок |
Суглинки тяжелые и тяжелые пылеватые: лессы, лессовидные и покровные (с числом пластичности 12-17) |
2-3 |
0,1-0,2 |
0,05-0,2 |
Суглинки тяжелые и тяжелые пылеватые гумусированные, (с числом пластичности 12-17) |
2-3 |
0,05-0,2 |
Суглинки тяжелые и тяжелые пылеватые: моренные, засоленные, солонцеватые (с числом пластичности 12-17) |
0,2-0 , 5 |
0,1-0,5 |
Глины песчанистые и глины пылеватые: лессы, лессовидные и покровные (с числом пластичности 17-23) |
0,2-0,5 |
0,1-0 , 5 |
Глины песчанистые и глины пылеватые: гумусированные (с числом пластичности 17-23) |
0,1-0,5 |
Глины песчанистые и глины пылеватые: моренные, засоленные, солонцеватые (с числом пластичности 17-23) |
0,3-0 , 7 |
0,2-0 , 5 |
Технология производства работ
20. При устройстве дорожных оснований и покрытий из глинистых грунтов, укрепленных цементом или жидким битумом, с применением для размельчения грунтов добавок ПАВ и извести, технология работ принимается в соответствии с СН 25-64.21. Земляное полотно перед вывозом грунта, предназначенного для укрепления, должно быть подготовлено в соответствии с СНиП II-Д.5-62. 22. Работы по укреплению глинистых грунтов цементом с применением добавок ПАВ и извести выполняют согласно технологическим схемам № 1 и 2. (Приложение). 23. В случае необходимости введения в укрепляемую цементом глину двойных добавок: ОП-7 или ССБ - в процессе размельчения грунта, а также легкорастворимых солей или каустической соды при увлажнении цементогрунтовой смеси до оптимальной влажности, первую операцию выполняют в соответствии с рекомендуемыми технологическими схемами № 1 и 2, а вторую - в соответствии с технологическими схемами № 1 и 3 ВСН 158-69. 24. Размельчение грунта с добавкой извести и укрепление его цементом производят по технологическим схемам, приведенным в ВСН 158-69. 25. Технология размельчения грунта с добавками ОП-7 или ССБ при проведении работ с ведущей машиной Д-530 должна быть следующая: а) на подготовленное земляное полотно вывозят грунт, необходимый для укрепления, за одну или две смены до начала работ и распределяют автогрейдером на заданную ширину; б) по слою грунта распределяют водный раствор добавки ОП-7 или ССБ в необходимом количестве и перемешивают с грунтом фрезой Д-530 за один проход по одному следу. При производстве работ в жаркую погоду раствор добавки рекомендуется распределять в конце рабочего дня. Раствор добавки вводят через дозировочное устройство фрезы Д-530; в) слой грунта с добавкой уплотняют 1-2 проходами катком на пневмошинах до плотности не более 0,85 от максимальной стандартной плотности; г) для равномерного распределения водного раствора добавки грунт размельчают за один проход фрезы по одному следу не ранее чем через 8 час и не позднее одних суток после смешения грунта с добавкой ПАВ; д) затем фреза Д-530 с распределителем цемента выполняют все технологические операции по дозированию цемента и перемешиванию его с грунтом и уплотнению смеси согласно примерной технологической схеме № 1. 26. При проведении работ с ведущей машиной Д-391 в отряде должна быть фреза Д-530, которая выполняет работы по дозированию и перемешиванию с грунтом добавки ПАВ согласно п. 25 (б). Перемешанный с добавкой и уплотненный слой грунта размельчают за один проход грунтосмесителя Д-391. Дозирование цемента, увлажнение смеси до оптимальной влажности и перемешивание выполняют по технологической схеме № 2. 27. При укреплении грунтов жидким битумом размельчение их с помощью добавок ОП-7 и ССБ производят по такой же технологии, как и при укреплении цементом. 28. Смешение с битумом и уплотнение слоя выполняют согласно примерной технологической схеме №3 СН 25-64. При использовании в качестве ведущей машины смесителя Д-391 размельчают грунт, дозируют битум и перемешивают его с грунтом за один проход машины. Работы по укреплению глинистых грунтов жидким битумом с применением добавок ОП-7 или ССБ и добавок песка проводят в соответствии с технологической схемой № 3.Техника безопасности при работе с добавками ПАВ и извести
29. При производстве работ по размельчению грунтов с применением добавок необходимо соблюдать общие правила техники безопасности, принятые на дорожных работах (СНиП III -А.11-62), а также специальные меры техники безопасности при применении химических веществ (ВСН 158-69). 30. Из ПАВ, рекомендуемых для применения, сульфитно-спиртовая барда и смачиватель ОП-7 (ОП-10) не являются ядовитыми, огнеопасными или взрывоопасными веществами, и поэтому при работе с ними специальных мер предосторожности не требуется. 31. Известь, особенно негашеная, может вызвать ожоги и язвы на коже, она раздражает слизистые оболочки, вызывает хроническое раздражение кожи, ломкость ногтей. Особенно сильно известь действует на глаза. Поэтому рабочие, страдающие кожными заболеваниями или заболеваниями дыхательных путей, к работе с известью не допускаются. Если у лиц, занятых на этих работах, обнаружено значительное раздражение кожи или дыхательных путей, их нужно немедленно перевести на другую работу. 32. Работающие с известью обеспечиваются необходимой спецодеждой, нарукавниками, рукавицами, респираторами и очками. Перед работой с известью открытые части тела следует смазывать вазелином. При попадании извести на руки ее можно нейтрализовать раствором уксуса, маслом, а затем смыть теплой водой. 33. Погрузка и разгрузка извести должна быть механизирована. Известь транспортируют в цементовозах и грузят в баки распределительных машин пневматическим способом (через специальные рукава) с герметизацией горловин, предупреждающих распыливание. 34. Распределительные устройства машин должны быть герметизированы; все механизмы, через которые проходят сыпучие материалы в распределительных устройствах, особенно гибкие шарниры, должны быть покрыты брезентовыми кожухами. 35. Перемешивание добавок извести, а также водных растворов ПАВ (ССБ и ОП-7) с грунтом должны выполнять машины, снабженные хорошо подогнанными кожухами на рабочих органах. Снимать и поднимать кожухи во время работы запрещается. 36. При приготовлении водных растворов ПАВ необходимо учитывать следующее: а) растворы должны приготавливать в емкостях, оборудованных механическими мешалками, загрузочными приспособлениями и насосами для перекачки растворов; б) емкости для приготовления растворов должны иметь ограждения (решетки, заборы), исключающие возможность несчастных случаев.Лабораторный метод определения расхода добавок ПАВ
Добавки извести назначают в соответствии с табл. 2. Расход добавок ОП-7 (или ОП-10) и ССБ, рекомендованный табл. 2, уточняют путем определения прочности при сжатии образцов грунта в зависимости от количества добавок этих веществ. Оптимальное количество добавки - это то количество, при котором прочность грунта с добавкой наименьшая. Для определения оптимального количества добавки ПАВ из размельченного грунта (частицы мельче 2 мм), высушенного до воздушносухого состояния, приготавливают 5-6 смесей с разным количеством добавки. Добавки вводят в количестве 0,05; 0,1; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0 % от веса грунта. Влажность грунта с добавкой ПАВ перед приготовлением образцов должна соответствовать оптимальной для уплотнения грунта (0,5-0,6 от влажности, соответствующей границе текучести грунта F ). Смесь грунта с ПАВ готовят следующим образом: определяют количество воды, которое необходимо добавить в грунт для достижения им оптимальной влажности. В мензурки или стаканы (по числу смесей) с этим количеством воды добавляют различное количество ПАВ из расчета, рекомендованного выше. ПАВ должно полностью раствориться в воде. Для этого растворы рекомендуется приготавливать за сутки до смешения с грунтом и подогревать воду до температуры не выше 60-80°С. После получения однородного раствора его перемешивают с грунтом. Из приготовленной смеси сразу же формуют 4-5 параллельных образцов уплотнением на прессе при нагрузке 150 кГ/см 2 или в приборе стандартного уплотнения 30 ударами гири. Рекомендуемые размеры форм и методика приготовления образцов приведены в СН 25-64. Прочность при сжатии образцов определяют на следующий день после их изготовления. Образцы хранят до испытания в камере влажного хранения или эксикаторе для сохранения оптимальной влажности. При размельчении грунтов на дороге с влажностью менее оптимальной для размельчения (0,15-0,25 от F ), количество добавки, установленное по методике, изложенной выше, следует увеличить на 25 %. Для определения соответствия физико-механических свойств грунтов, укрепленных цементом с добавкой ПАВ, требованиям СН 25-64 смесь приготавливают из грунтов с оптимальными количествами добавок ПАВ и цемента и испытывают образцы по методике, изложенной в СН 25-64. При несоответствии этих свойств указанным требованиям в смесь вводят добавку N a OH или Na 2 SO 4 или CaCl 2 и снова проводят испытания. Соответствие физико-механических свойств грунтов, укрепленных жидким битумом с добавками ПАВ, устанавливают при добавке в грунт песка в количестве не более 25 % от веса грунта.Приложение
Примерная технологическая схема № 1
Устройство однослойного дорожного основания или покрытия толщиной 16 см из тяжелого суглинистого грунта, укрепленного цементом с добавками ПАВ для улучшения размельчения с помощью фрезы Д-530 на тракторе С-100|
№ технологических операций |
№ захваток |
Единица измерения |
Количество на 1 км |
Принятая производительность |
Разработка грунта II группы в притрассовом резерве скрепером Д-458, работающим в сцепе с трактором ДТ-54, с подвозкой грунта на земляное полотно на среднее расстояние 200 м |
Потребность грунта на 1 км: 1000×8,00×0,16×1,1×1,03 = 1450 м 3 |
Распределение грунта автогрейдером Д-598 по всей ширине основания за 6 круговых проходов при скорости движения 3 км/час и длине участка 150 м |
Подвозка раствора ПАВ поливомоечными машинами ПМ-130 на среднее расстояние 2 км из расчета 3 % от веса грунта 1000×8×0,16×2,00×0,03 = 77 т ПАВ требуется (из расчета 0,25 % от веса грунта) 1000×8×0,16×2,00×0,0025 = 6,4 т |
Введение раствора ПАВ в грунт через распределительную систему фрезы Д-530 при перемешивании раствора с грунтом за один проход по одному следу или за 4 прохода по ширине основания на второй скорости. |
Прикатка грунта самоходным катком Д-627 за 1-2 прохода по одному следу или за 48 проходов по ширине основания до плотности не выше 0,85 от максимальной |
Размельчение грунта фрезой Д-530 на тракторе С-100 за 1 проход по одному следу и за 4 прохода по ширине основания на второй скорости |
Введение цемента в грунт распределителем цемента Д-343Б с трактором ДТ-54 за 4 прохода по ширине основания при дозировке цемента 37,5 кг/см 2 |
Подвозка цемента цементовозами С-853 на среднее расстояние 20 км из расчета добавки цемента 12 % по весу смеси Потребность цемента на 1 км: 8,0×1000×0,16×2,00×0,12 = 300 т |
Перемешивание цемента с грунтом за 1 проход фрезы Д-530 по одному следу на второй скорости с последующим увлажнением смеси через распределительную систему фрезы и перемешивание увлажненной смеси еще за 2 прохода по одному месту на второй, третьей скорости |
Подвозка воды для увлажнения грунта до оптимальной влажности поливо-моечными машинами ПМ-130 из расчета увлажнения грунта на 3 % на среднее расстояние 10 км 8,0×1000×0,16×2,00×0,03 = 75 т |
Разравнивание и профилирование смеси автогрейдером Д-598 за 8 круговых проходов по ширине основания при скорости движения 3 км/час и длине участка 150м |
Уплотнение слоя укрепленного грунта катком Д-627 за 18 проходов по одному следу или за 72 прохода по ширине основания. При выполнении первых двух проходов на первой скорости, средних - на второй и последних трех - на третьей |
Примерная технологическая схема № 2
Устройство однослойного дорожного основания или покрытия толщиной 16 см из тяжелого суглинистого грунта, укрепленного цементом, с добавками ПАВ для улучшения размельчения с помощью грунтосмесителя Д-391|
№ технологических оп e раций |
№ захваток |
Технологическая последовательность рабочих процессов |
Единица измерения |
Количество |
Принятая производительность |
Разработка грунта II группы в притрассовом резерве скрепером Д-458, работающим в сцепе с трактором ДТ-54, с подвозкой грунта на земляное полотно на среднее расстояние 200 м Потребность грунта на 1 км: 1000×8,0×0,16×1,1×1,03 = 1450 м 3 |
Распределение грунта автогрейдером Д-598 по всей ширине основания за 6 круговых проходов при скорости движения 3 км/час и длине участка 200 м |
Подвозка раствора ПАВ поливомоечными машинами ПМ-130 на среднее расстояние 2 км из расчета 3% от веса грунта: 1000×8,0×0,16×2,0×0,03 = 77 т ПАВ требуется из расчета 0,25% от веса грунта 1000×8×0,16×2,00×0,0025 = 6,4 т |
Введение раствора ПАВ в грунт через распределительную систему фрезы Д-53и при перемешивании раствора с грунтом за один проход по одному следу или за четыре прохода по" ширине основания на второй скорости |
Прикатка грунта самоходным катком Д-627 за один-два прохода по одному следу или за четыре-восемь проходов по ширине основания до плотности не выше 0,85 от максимальной стандартной плотности |
Профилирование смеси автогрейдером Д-598 за пять-шесть круговых проходов по ширине основания |
Подвозка цемента цементовозами С-853 на среднее расстояние 20 км из расчета добавки цемента 12% по весу смеси. Потребность цемента на 1 км: 1000×8,0×0,16×2,00×0,12 = 300 т |
Подвозка воды для увлажнения грунта до оптимальной влажности поливомоечными машинами ПМ-130 из расчета увлажнения грунта на 2% при транспортировании на среднее расстояние 10 км и заполнением водой бака грунтосмесителя: потребность воды на 1 км: 1000×8,0×0,16×2,0×0,02 = 51 т |
Размельчение грунта, дозирование цемента, доувлажнение смеси до оптимальной влажности, перемешивание смеси грунтосмесительной машиной Д-391 за четыре прохода по ширине основания на второй скорости |
Разравнивание и профилирование смеси автогрейдером П-598 за восемь круговых проходов по ширине основания при скорости движения 3 км/час и длине участка 200 м |
Уплотнение слоя укрепленного грунта катком Д-627 за 18 проходов по одному следу или за 72 прохода по ширине основания. При выполнении первых 2 проходов на первой скорости, средних - на второй и последних 3 - на третьей |
Розлив битумной эмульсии по готовому слою в количестве 0,9-1,0 л/м 2 автогудронатором Д-640. Потребность эмульсии на 1 км составляет 7,2-8,0 тыс. л |
Потребность в машино-сменах на 1 км
| Грунтосмесительная машина Д-391..............………. | Дорожная фреза Д-530.................................………… | Автоцементовоз С-853.................................………… | Поливо-моечная машина ПМ-130................……….. | Автогрейдер Д-426.......................................………… | Самоходный пневмокаток Д-627..................……….. | Скрепер Д-458.............................................…………. | Автогудронатор Д-40...................................………… |
Примерная технологическая схема № 3
Устройство однослойного дорожного основания или покрытия толщиной 16 см из суглинистого грунта, укрепленного битумом с добавкой 25 % песка и добавками ПАВ, с помощью фрезы Д-530|
№ технологических операций |
№ захваток |
Технологическая последовательность рабочих процессов |
Единица измерения |
Количество на 1 км |
Принятая производительность |
Разработка песка в карьере экскаватором, подвозка его на среднее расстояние 10 км самосвалами ЗИЛ-555. Потребность песка 25 % от веса грунта. 1000×8,0×0,16×1,1×1,03×0,25 = 3617 м 3 |
Распределение песка автогрейдером Д-598 по всей ширине основания за четыре круговых прохода при скорости движения 3 км/час и длине участка 125 м |
Разработка грунта II группы в притрассовом резерве скрепером Д-458, работающим в сцепе с трактором ДТ-54, с подвозкой грунта на земляное полотно на среднее расстояние 200 м. Потребность грунта на 1 км: 1000×8,0×0,16×1,1×1,03×0,75 = 1090 м 3 |
Распределение грунта автогрейдером Ц-598 по всей ширине основания за 6 круговых проходов при скорости движения 3 км/час и длине участка 125 м |
Подвозка раствора ПАВ поливомоечной машиной ПМ-130 на среднее расстояние 2 км из расчета 3% от веса грунта и потребности ПАВ - 0,25 % от веса грунта. Раствора: 1000×8,0×0,16×2,00×0,03 = 78 т |
ПАВ: 1000×8,0×0,16×2,00×0,0025 = 6,4 т |
Перемешивание грунта с раствором ПАВ и с песком фрезой Д-530 за один проход по одному следу на второй скорости |
Прикатка смеси грунта с песком самоходным пневмокатком Д-627 за один-два прохода по одному следу до плотности не выше 0,85 от максимальной стандартной |
Размельчение грунта с дополнительным перемешиванием его с песком фрезой Д-530 за один проход по одному следу на второй, третьей скорости |
Подвозка битума битумовозом на среднее расстояние 10 км из расчета 6 % от веса смеси. Потребность битума на 1 км: 1000×8,0×0,16×2,00×0,06 = 154 т |
Введение битума в грунт через распределительную систему фрезы Д-530 за один проход по одному следу на первой скорости |
Перемешивание грунта с битумом за один проход по одному следу фрезы Д-530 на первой скорости |
Разравнивание и профилирование смеси автогрейдером Д-598 за восемь круговых проходов по ширине основания при скорости движения 3 км/час и длине участка 125 м |
Уплотнение слоя укрепленного грунта катком Д-627 за 18 проходов по одному следу или за 72 прохода по ширине основания, при выполнении первых двух проходов на первой скорости, средних - на второй и последних трех - на третьей |
Розлив битумной эмульсии по готовому слою в количестве 0,9-1 л/м 2 автогудронатором Д-640. Потребность битумной эмульсии на 1 км составляет 7,2-8,0 тыс. л |
Потребность в машино-сменах на 1 км
| Дорожная фреза Д-530...................................………... Битумовозы...................................................…………. Поливо-моечная машина ПМ-130 .................………. Автогрейдер Д-698.........................................………... Самоходный пневмокаток Д-827.....................……… Скрепер Д-458................................................………... Экскаватор Э-205..........................................………… Автомобили-самосвалы ЗИЛ-555...................………. Автогудронатор Д-640....................................… …….. |
Цементация грунтов
Цементно-грунтовая технология основана на смешивании до однородного состояния цемента и естественного грунта при установленном содержании воды и уплотнении с целью придания укреплённому грунту определённых свойств: прочности, устойчивости, морозостойкости и т. д. .
Впервые в России цемент для укрепления грунтов был применён для устройства садовых дорожек . После революции первые опыты по укреплению грунтов портландцементом были проведены в 1927 году на опытных дорожках Ленинградского дорожно-исследовательского бюро.
Лабораторные исследования по укреплению грунтов цементом проводились также ЦИАТ и ДорНИИ. Положительные результаты исследований позволили выполнить укрепление грунта цементом под асфальтобетонные покрытия на подъездных путях к территории Всесоюзной сельскохозяйственной выставки. В послевоенный период начинается широкое внедрение цементогрунтов в дорожном и аэродромном строительстве . Цементно-грунтовые основания были применены взамен щебёночных и песчаных слоёв на автомагистралях Москва — Харьков (1946-1949), Москва — Ленинград (1949), Москва — Рязань (1950) и др. Решающее значение для развития метода укрепления грунтов цементами имели работы В. М. Безрука, который в результате многолетних исследований разработал теоретические и практические рекомендации укрепления грунтов цементами . Как отмечает Безрук, на эффективность укрепления грунтов цементом оказывает исключительно важное влияние химико-минералогический состав цементов, генезис, состав и свойства грунтов, в частности их заселённость и состав обменных катионов. Введение в цементно-грунтовые смеси некоторых веществ (например, мылонафта, саапстока и др.), образующих с продуктами гидролиза цемента гидрофобные и другие вещества, заполняющие поры, может в ряде случае придавать им повышенную водопроницаемость. С 80-х годов прошлого века успешно велись работы по укреплению грунтов цементами комплексным методом, предусматривающим направленное влияние на процессы цементации грунтов. Но об этом ниже.
За границей, цементно-грунтовые технологии начали развиваться также в первой половине XX века. В 20-х годах в США из цементогрунтов делали покрытия просёлочных дорог . После II мировой войны этот метод получил распространение в Англии, Бельгии, Голландии и других европейских странах. Так, в Голландии, начиная с 1956 года, было укреплены десятки миллионов квадратных метров почвы. Почти всюду она была песчаной и поэтому данная технология получила название пескоцементной. В 80-х годах прошлого века в ФРГ ежегодно около 1 млн. т цемента расходовалось на стабилизацию песков на севере страны (портовые сооружения Гамбурга, складские площадки), при строительстве просёлочных дорог. Во Франции эту технологию начали применять с 1972 года благодаря активности цементных компаний .
Во большинстве зарубежных публикациях отмечается, что укрепление грунтов с помощью цемента или смеси цемента с известью для покрытий просёлочных дорог, вместо каменной наброски уплотняемой механическим путём, представляется весьма экономичным решением . Из цементогрунтов, помимо просёлочных дорог, можно сооружать покрытия складских площадок, стоянок автомашин, постели оснований железных дорог, каналов, оснований отдельных типов зданий, а также грунтов, предназначенных для возведения больших земляных плотин. Видимо, большой интерес для строительно-дорожных фирм и читателей журнала представляет цементно-грунтовая технология производства работ.
Попытаемся вкратце осветить этот вопрос.
До начала работ по укреплению грунта необходимо провести в лаборатории его предварительный анализ, а затем, во время работ, осуществлять постоянный контроль. Грунты различаются в основном по их природе, гранулометрии и содержанию воды.
Грунт может быть более или менее связным, содержать в разной пропорции суглинки и глину.
При высоком содержании глины применяют так называемое смешанное укрепление, при котором в грунт предварительно добавляют известь (2-5 %) для улучшения хлопьеобразования и, в конечном итоге, рассыпания грунта при проходе машин. Грунты, содержащие сульфаты (более 1%), могут быть опасны, поскольку сульфат вступает в реакцию с цементом. В этом случае необходимо применять либо цемент с низким содержанием трёхкальциевого алюмината (цемент, предназначенный для морских работ), либо цемент с высоким содержанием минеральных добавок (золы-уноса, доменного шлака, пуццоланов). Особенно нужно быть осторожным, когда дело касается частичного осушения влажного или насыщенного водой грунта после дождей. Это делается с помощью негашёной извести или путём аэрирования грунта «рыхлителем».
грунты, содержащие сульфаты (более 1%), могут быть опасны, поскольку сульфат вступает в реакцию с цементом
Обычно испытания грунта проводят с целью определения основных характеристик грунта: предел текучести, предел пластичности, гранулометрическая кривая и др.; устанавливают оптимальный расход воды и цемента. Расход цемента может меняться в пределах 4-12 % в зависимости от грунта. Чаще всего он составляет 6-20 %. Для примера в табл. 2 приводятся данные, взятые из нормативных документов Германии.
Таблица 2. Расход цемента в зависимости от характера грунта
| Характер грунта | Расход Цемента | |
| % сухого грунта | кг/м 3 уплотненного основания | |
| Гравийно-песчаный | 4-7 | 80-120 |
| Суглинистый песок | 6-10 | 120-160 |
| Песок с одним рядом частиц | 8-12 | 150-200 |
| Суглинок | 7-12 | 120-200 |
| Глина | 10-16 | 180-240 |
При укреплении пластичного суглинка применяют смесь извести (2-3 %) и цемента . Кроме того, для пластичных грунтов проводят испытания на замораживание. При покрытии просёлочных работ цементогрунтом работу производят в несколько этапов.
1 этап. Выравнивание и очистка грунта с целью устранения органических веществ (дёрн, трава, корни и т. п.) и последующая планировка. Если грунт чрезмерно сухой, производят его увлажнение для выравнивания содержания и достижения однородности состава. Распределение цемента и извести по поверхности производят при небольших объёмах ручных работ, или с помощью навесного механизма — «распределитель» вяжущего.
2 этап. Перемешивание. Перемешивание грунта с вяжущим производят в несколько последовательных проходов машины (4-6 раз до получения однородной смеси) (рис. 1). Такая машина снабжена горизонтальными дисками или горизонтальными либо вертикальными лопатками. Обычно толщина цементно-грунтового слоя составляет 15-35 см.
3 этап. Профилирование и уплотнение. Профилирование полотна производят автогрейдерами. После этого грунт уплотняют несколькими проходами пневмо- или виброкатка. Степень уплотнения должна достигнуть не менее 90 % полученного на образце в лаборатории. После уплотнения цементогрунта катком приступают к окончательной планировке дорожного полотна.
4 этап. Завершающим этапом является защита дорожного покрытия пластиковой плёнкой или другим накрывочным материалом с последующим укрытием слоём песка. Подобная защита необходима для того, чтобы избежать испарения воды из обработанной почвы, и, кроме того, для предохранения дорожного полотна от дождя. Примерно такая же технология применяется для укрепления оснований шоссе некоторых типов. Только в этом случае выровненный и спланированный грунт смешивают с песком.
Согласно статистике, основная причина возникновения аварийных ситуаций при эксплуатации зданий и сооружений - это нарушение работы оснований и фундаментов. Обычно это связано с отсутствием достоверной информации о геологических условиях и характеристиках грунтов площадки размещения объекта, принятием неправильных решений на стадии проектирования и не качественным выполнением строительных работ.
Характерными признаками несоответствия конструкций основания и фундаментов здания требуемым параметрам являются трещины в наружных стенах, цоколе, перекосы дверных и оконных проемов, неравномерная осадка и другие. Своевременно выполненные работы по выявлению повреждений в конструкциях и усилению дефектных элементов, в том числе - грунтов основания, являются условием надежной и безаварийной эксплуатации зданий.
Почему возникает необходимость в улучшении качества оснований
Усиление грунтов основания может выполняться как для восстановления эксплуатационных характеристик существующих сооружений, так и при строительстве новых. В первом случае точные причины нарушения работы строительных конструкций определяются в процессе выполнения технического обследования. Наиболее распространенными среди них являются следующие:
- ухудшение геологических условий площадки с течением времени;
- увеличение нагрузок, передаваемых зданием на фундамент, при выполнении реконструкции, надстройки этажей, установке дополнительного оборудования;
- появление ранее не учтенных нагрузок от возведения нового здания рядом с существующим;
- проявление просадочных свойств грунта основания при его замачивании грунтовыми и поверхностными водами природного и техногенного происхождения;
- вымывание и выпирание грунта основания при разработке рядом с существующим фундаментом котлована под новое здание;
- динамические и вибрационные нагрузки, возникающие при выполнении строительно-монтажных работ рядом с существующим зданием;
- промерзание грунта в зимний период;
- неравномерная осадка фундаментных конструкций;
- деформация фундаментов с появлением трещин, сколов, нарушением защитного слоя бетона, оголением и коррозией арматуры.
При строительстве на вновь отведенной площадке необходимость в усилении грунтов, а также целесообразность выполнения этих работ с экономической точки зрения, определяются по результатам инженерно-геологических изысканий. Метод усиления грунтов принимается в комплексе с техническими решениями по устройству фундаментов при проектировании.
Оценка состояния оснований и фундаментов
Комплексное обследование и оценка технического состояния конструкций здания (в том числе, оснований и фундаментов) выполняется для выявления нарушений в их работе, обоснования причин и определения возможных последствий деформаций. По результатам оценки производится выбор наиболее надежных и экономичных компенсирующих мероприятий, исключающих дальнейшее развитие деформаций. Работы включают в себя несколько этапов.
Вначале производится изучение и анализ имеющейся изыскательской и проектной документации, данных предыдущих обследований (если таковые были). Затем выполняется визуальный осмотр наземной части здания для определения характера деформаций (фасады, несущие стены, колонны). Во внимание принимается окружающая обстановка: наличие рядом с обследуемыми конструкциями других сооружений, котлованов, автомобильных и железных дорог.
В подземной части здания обследованию подлежат непосредственно конструкции фундаментов и несущее основание. Для осмотра фундаментов и инструментального анализа материалов в контрольных точках по периметру здания отрываются шурфы. Глубина шурфа принимается на 0,5 м ниже подошвы фундамента. В результате осмотра и инструментальных замеров определяются геометрические параметры фундамента, качество материалов, состояние гидроизоляционной защиты, наличие повреждений.
Обследование грунта выполняется методом бурения скважин с отбором и анализом образцов. Таким образом определяются остаточные физико-механические свойства основания. По итогам выполненных работ производятся поверочные расчеты с определением реальной несущей способности грунтов и фундаментных конструкций, выдается заключение о ее достаточности. При выборе варианта усиления конструкций фундаментов и грунтов принимаются наиболее технически и экономически обоснованные решения.
Методы усиления грунтов основания
В отличие от усиления различных конструктивных элементов здания (таких как стены, колонны, фундаменты), типовые решения по улучшению характеристик грунтов основания отсутствуют. Закрепление производится по индивидуально разработанному проекту с применением принципов конкретного метода. К основным методам усиления грунтов относятся: физико-химические, механические (уплотнение) и конструктивные.
Физико-химические методы
Наиболее современными и высокоэффективными считаются физико-химические методы усиления грунтов. Среди них выделяют следующие.
Силикатизация - инъецирование грунтов основания растворами жидкого стекла. Раствор подается под давлением до 0,6 МПа в предварительно пробуренные скважины через перфорированные трубы. Метод используется для повышения прочности песков различной крупности, насыпных грунтов. В процессе силикатизации вокруг каждой скважины создается столб упрочненного основания диаметром до 2 м.
Цементация применяется для закрепления грунтов просадочного типа, водопроницаемых, трещиноватых скальных пород, лессов, крупного песка. Инъецирование грунтов производится водоцементным раствором (иногда с добавлением песка) под давлением до 10 МПа. В результате цементации раствор заполняет поры грунта, образуя новое, высокопрочное основание.
Смолизация предполагает инъецирование в грунты основания синтетических смол с отвердителями. Метод используется для усиления пылеватых, мелких песков, супесей и суглинков. Применяются вертикальный, горизонтальный и наклонный способы установки инъекторов.
Глинизация , или нагнетание глинистой суспензии, производится с целью снижения фильтрующих свойств песчаного основания. В результате проникновения глинистых частиц в поры грунта происходит его заиливание и тампонаж с созданием водоупорной зоны. Метод используется при небольшой скорости течения грунтовых вод, так как частицы глины могут выноситься потоком.
Битумизация также является способом снижения фильтрационных свойств грунта и применяется при высоких скоростях движения грунтовых вод. Существуют методы горячей и холодной битумизации. В первом случае в предварительно пробуренные скважины подается расплавленный битум, а во втором - битумная эмульсия. В обоих случаях результатом является создание водонепроницаемой зоны вокруг инъектора.
Термический способ используется для усиления грунтов, обладающих просадочными свойствами. Суть метода состоит в сжигании топлива в предварительно пробуренной скважине. Для возможности горения топлива на глубине в скважину подается воздух. Устранение просадочных свойств грунта происходит под воздействием температуры от 400 до 800 градусов Цельсия. Каждая скважина позволяет произвести закрепление массива грунта диаметром до 2,5 м.
Усиление грунтов основания конструктивными элементами
Основными конструктивными методами усиления являются следующие:
- грунтовые подушки . Метод заключается в замене слабонесущего грунта, расположенного под фундаментом на малосжимаемый. В качестве последнего используют песок, щебень, некоторые виды шлаков. При укладке грунт подвергается уплотнению во избежание его последующей осадки;
- шпунтовые ограждения . Метод используется для предотвращения выпирания слабонесущего основания из-под фундамента. В этом случае по периметру фундамента на минимальном от него расстоянии монтируется ограждение из свайных конструкций. Сваи забиваются в слой плотного грунта, проходя насквозь через слабонесущий.
- армирование . Способ позволяет повысить прочностные характеристики грунта и устранить просадочность. Армирование подразумевает внедрение в грунт дополнительных высокопрочных элементов, которые при совместной с ним работе обеспечат требуемые характеристики основания. В качестве армирующих элементов используются бетон, железобетон, грунтоцемент, цементно-песчаный раствор и другие.
- противофильтрационные завесы . Метод применяется для предотвращения фильтрации подземных вод через грунт основания. Мероприятие осуществляется путем заливки тиксотропной суспензии в предварительно подготовленные скважины. Суспензия готовится на основе бетонитовой глины, которая способна поглощать воду в больших количествах, а после загустевания создавать водонепроницаемый экран.
Механические способы
Механические способы усиления грунтовых оснований представляют собой различные варианты их уплотнения. Различают два основных способа уплотнения: поверхностное и глубинное.
Поверхностное уплотнение производится при помощи трамбовок, катков, грузоуплотняющих машин, вибраторов. Данный способ, как правило используется при необходимости выполнить уплотнение на глубину до 1,5-2 м. Однако, применение тяжелых трамбовок и трамбующих машин позволяет уплотнять основание глубиной до 10 м. Существуют также методы вытрамбовывания котлована под фундамент трамбовками, имеющими форму самого фундамента.
Глубинное уплотнение грунтов осуществляется такими способами:
- устройство грунтовых и песчаных свай в насыпных грунтах, лессах, обладающих просадочными свойствами. Метод предполагает забивку в основание трубы, в процессе чего происходит уплотнение окружающего грунта. После забивки труба заполняется песком с послойным уплотнением. По мере засыпки песка труба постепенно извлекается из грунта. Сваи располагаются в шахматном порядке так, чтобы усиленные зоны грунта перекрывали друг друга;
- виброуплотнение с использованием специального оборудования - вибраторов, вибробулавы. Метод используется для усиления песчаных водонасыщенных грунтов и заключается в погружении вибрационного снаряда в толщу грунта;
- предварительное замачивание позволяет устранить просадочность грунта основания. Метод, как правило, используется при новом строительстве на достаточном удалении от существующих зданий и сооружений, так как существует опасность замочить их основания.
Еще одним способом механического уплотнения является предварительное обжатие грунтов. Обжатие производится путем нагружения насыщенного водой слабого основания временной насыпью, в результате чего вода выдавливается из пор грунта с последующим его уплотнением. При этом давление, создаваемое насыпью должно превышать давление от проектируемой конструкции. Обжатие можно произвести и путем понижения уровня грунтовых вод с откачкой их через скважины или при помощи организации дренажа.
Выводы
Усиление грунтов основания выполняется в следующих случаях:
- при необходимости восстановления корректной работы несущих элементов существующего здания;
- при новом строительстве на площадке с плохими инженерно-геологическими условиями.
В первом случае работы, как правило выполняются в комплексе с усилением и ремонтом фундаментов и имеют ограничения в выборе методов (во избежание воздействия на рядом расположенные здания). При усилении грунтов на новой площадке выбор метода определяется только техническим и экономическим обоснованием.
Усиление грунтов позволяет использовать для нового строительства земельные участки, имеющие заведомо низкие инженерно-геологические показатели, а также территории, не подходящие для ведения сельского хозяйства (болота, насыпные грунты и прочие) и других видов деятельности. Современные высокотехнологичные способы повышения несущей способности оснований позволяют более рационально подходить к использованию застройщиком трудовых, территориальных и экономических ресурсов.
Перед возведением дома на своем участке обязательно нужно выполнить анализ грунта и выявить его характеристики, а главное, несущую способность и прочность. Важно заранее выяснить, выдержит ли земля нагрузки в виде дома и прилежащих построек.
Не всегда результаты анализа утешительны, тогда приходится менять планировку дома, отказываться от мансарды или второго этажа в угоду сухому расчету.
Однако не обязательно отказываться от своих планов, ведь можно выполнить укрепление грунтов, фактически изменив их состав, повысив прочность до нужной отметки.
Не всегда прочность и свойства грунтов соответствуют требованиям для осуществления задуманного строительства или переделки участка. Усиление грунтов часто единственный вариант для:
- постройки дома;
- восстановления несущей способности грунтов под эксплуатируемыми зданиями;
- ландшафтного дизайна;
- подготовки площадки под парковки, дороги и т.д.
Способ усиления подбирается индивидуально, исходя из анализов почвы, требуемой нагрузочной способности грунтов и даже доступности материалов и экономической целесообразности.
Постоянно появляются новые технологические подходы и приемы, с помощью которых рыхлые, пучинистые или заводненные почвы можно превратить в монолитную основу.
Цель любого усиления грунта заключается в повышении плотности почвы, снижении водопоглащения, придании почве морозостойких свойств и устойчивости к эрозии.
Под фундаментом
Схема укрепления под фундаментом
В лучшем случае усиление грунтов под фундамент выполняется еще на стадии разработки площадки . Есть возможность полноценно исследовать качество грунта, подготовить котлован и по всей площади выполнить усиление с применением простых подходов, таких как цементирование грунта или заливки специальных укрепляющих составов.
Сложнее выполнить усиление грунта под уже эксплуатируемым зданием. Часто возникают проблемы, когда под домом прочность грунтов снижается, притом неравномерно, что грозит усадкой и деформацией несущих конструкций.
Причиной могут быть:
- чрезмерное заводнение почвы и вымывание, например из-за вышедшей из строя дренажной системы или прорыва водопровода;
- последствие холодного пучения;
- эрозия почвы;
- некачественная утрамбовка и подготовка основания еще на стадии строительства, из-за чего часть площадки под фундаментом оседает быстрее и тянет за собой все строение.
Традиционным способом усиления фундамента долгое время были только сваи. Их приходилось заводить под фундамент и углублять, скрепляя после с основанием дома.
Однако эти работы можно выполнить либо частично разобрав дом, либо в ходе выполнения обширных земляных работ, в течении которых пользоваться домом невозможно и даже опасно.
Сейчас достаточно правильно подобрать один из многих вариантов усиления грунта, которые можно выполнить, даже не выселяя жильцов.
Ландшафтный дизайн
При обустройстве придомовой территории уже часто применяется ландшафтный дизайн с формированием холмов, искусственных водоемов, посадкой декоративных растений и т.д.
Выполнить переформатирование почвенного слоя достаточно легко, однако необходимо их закрепить так, чтобы со временем холмы не сровнялись, а насаждения оставались на месте.
Еще серьезнее ситуация обстоит с участками, которые по определению расположены на склонах гор и холмов. Почвы под собственным весом и при содействии обильного количества атмосферной влаги постепенно сходят вниз, что особенно касается верхнего плодородного слоя.
Закрепить форму ландшафта на участке, обеспечить прочность и стабилизировать почву помогают:
- многослойное усиление почвы геотекстилем;
- сети;
Фактически необходимо выполнить армирование почвы так, чтобы она удерживалась на одном месте. Основные требования к материалам армирования:
стойкость к биологическому воздействию, коррозии и воздействию влаги, а также прочность и долговечность. Именно поэтому идеально подходят полимерные материалы.
Ячеистая структура или нетканое полотно из полимерных волокон эффективно армируют почву и при этом не мешают расти зеленым насаждениям, не создают преграду грунтовым водам.
Площадки
Участки под парковку, подъезды к дому, автодороги, игровые и развлекательные площадки следует готовить с особой тщательностью. Чтобы со временем основа под площадкой не деформировалась и не пучилась, важно выполнить усиление и стабилизацию грунта.
Чтобы не зависеть от свойств грунта, часто выполняют полное монолитное бетонирование или закладку другого типа фундамента, однако подобные работы сопряжены с большими затратами.
Усиление грунта под площадками можно выполнить с помощью цементирования или силикатизации. При этом фактически формируется бетонное основание, в котором наполнителем вместо гравия или щебня выступает имеющийся грунт в сочетании с классическими вариантами вяжущего вещества.
Методы и технологии
Выбор метода и средств по усилению грунта можно сделать только на основании подробного анализа грунтов и опираясь на проектные целевые значения нагрузочной способности.
Под определенные типы грунта допускается применение силикатных, полимерных или цементных составов, притом так, чтобы результат полностью соответствовал ожиданиям.
Для уже эксплуатируемых зданий, у которых возникли проблемы с прочностью грунта под фундаментом, специально разрабатываются инъекционные методы, способы, основанные на гидроразрыве пластов и т.п.
Притом лишь некоторые проверенные методики позволяют усилить грунт, уплотнить его, не прибегая к обширным земельным работам или без привлечения тяжелой техники.
Силикатизация грунтов
Действующее вещество – силикат натрия/калия (жидкое стекло), алюминат натрия.
Особенность процесса – силикаты через инъекционную трубу распределяются в объеме грунта.
Использование силикатов в качестве вяжущего вещества оправдывает себя для суглинистых, пылеватых песчаных почв и плывунов, там, где есть риск большого водонасыщения и смещения крупных пластов почвы, постепенного размывания.
Вяжущее вещество вносится в грунт инъекционным методом или путем прямого внесения и перемешивания. Эффективно сцепляет мелкозернистые компоненты почвы и образует прочный, монолитный столб сложной формы.
После усиления почвы получается основа с минимальным водопоглащением, прочная и долговечная, однако не выдерживающая сильных динамических нагрузок.
Цементом
Действующее вещество – Портленд цемент М400 в соотношении 5-10% от сухого объема почвенной массы.
Особенность процесса – цемент с порцией воды перемешивается с грунтом, после трамбуется и уплотняется.
Цемент способен связывать не только гравий или щебенку. Наполнителем может выступать и сам грунт под зданием или площадкой.
Есть три варианта усиления грунта с помощью цементного раствора:
- Перемешивание с почвенным слоем толщиной до 15-20 см по всей поверхности площадки под застройку с последующей утрамбовкой.
- Заполнение грунта инъекционным методом под существующим фундаментом или по площади для подготовки основы под фундамент.
- Формирование опорных колонн путем размывания грунта цементным раствором в ходе бурения.
Цементизация грунта
Какой вариант выбрать, определяется в индивидуальном порядке, опираясь на состав грунта, необходимую степень и качество усиления, формат строительства.
Вяжущим материалом
Наряду с силикатами и цементом применяются специально разработанные составы на основе полимеров для уплотнения и усиления грунтов. Отличным примером является разработка компании ANT для усиления грунта под автодорогами, строительными площадками, парковками и т.п.
Состав вяжущего вещества пропитывает грунт и укрепляет его в ходе уплотнения механизированным способом. Часто для достижения требуемой прочности покрытия площадки применяется совместно с портленд цементом М400.
Геополимерные колонны
Инновационный подход к проблеме усиления почвенной массы под уже функционирующими зданиями и фундаментами. В процессе работ бурится ряд отверстий по площади фундамента, и закладываются специальные капсулы и трубы с полимерным наполнителем и пластиковыми заглушками для труб https://www.metall-xl.ru/metalloprokat/plastikovye .
В ходе активной реакции наполнитель расширяется и тем самым уплотняет слабые грунты, повышая их нагрузочную способность.
Отличительной чертой метода является простой способ бурения и закладки оборудования. Нет необходимости разбирать здание или применять тяжелую технику.
Достаточно пробурить через черновой пол и основание фундамента отверстия малого диаметра до 10 см. Выхода действующего вещества не наблюдается, как в случае с закачкой цементного раствора, потому весь процесс особенно чист, что немаловажно для жилых домов.
Полимерные материалы не подвержены гниению или быстрому старению, нейтральны к любому биологическому или химическому воздействию.
Инъекционным методом
Основное преимущество инъекционного метода в возможности усиления грунта под уже функционирующими зданиями в ходе восстановительных и реставрационных работ. Раствор вяжущего вещества под большим давлением закачивается через инъекционные трубы с перфорацией в грунт на значительную глубину.
Состав растворов может существенно разниться от случая к случаю. Все зависит от состава грунта, его свойств и необходимой степени усиления.
Также отличаются и фактический набор технических средств, условий по закачке связующего средства. Для цементного раствора требуется давление порядка 200-600 атмосфер, для инициации гидроразрыва пластов.
В случае с силикатными наполнителями требуется давление всего 3-6 атм. с тем, чтобы заполнить специфические легкие типы грунтов и обеспечить хорошую проникающую способность.
Сетка для укрепления на склоне и наклонном участке
Для укрепления склонов холмов, участков с уклоном в горных районах, а также элементов ландшафтного дизайна применяется целый ряд полимерных материалов в виде сетей, ячеистых матов или нетканых полотен из полимерного волокна.
В зависимости от расчетного напряжения, угла наклона поверхности участка и ряда других факторов подбирается один из множества вариантов полимерных или стальных сетей для усиления грунта.
Основная идея использования сетей для укрепления грунта на склонах в том, чтобы не мешать росту и укоренению зеленых насаждений и не мешать нормальному движению воды, атмосферных осадков и грунтовых вод.
В качестве стандартного решения по склону снимается слой почвы толщиной до 50 см. После укладываются геоматы или сетка. Притом некоторые из сетей предназначены для дополнительного наполнения крупным гравием для дренажа почвы.
При необходимости сеть по верхнему краю и в середине дополнительно укрепляется штырями и столбами с большим заглублением. После этого армирующий слой покрывается почвенным слоем. В зависимости от нагрузок подбирается количество слоев сетки и варианты ее укладки.
