чае в соответствии с проектом последовательно бурят горизонталь ные и наклонные скважины (1=100—150 мм с использованием об садных труб, через которые под давлением подают раствор и воду или разжиженное цементное тесто. Грунт обрабатывают по направ лению снизу вверх. По мере обработки грунта обсадные трубы из него извлекают. Каждая скважина позволяет обрабатывать грунт на участке 6=500—700 мм. При бурении скважин с шагом 700 мм весь грунт на заданную глубину будет обработан.
В результате обработки грунта пустоты и поры в нем заполняют ся цементным раствором, благодаря твердению которого грунт при обретает заданные прочностные характеристики. Схема уплотнения грунта методом веерной цементации приведена на рис. 7.4.6.
Хорошие результаты достигаются уплотнением грунтов струйной цементацией. Особенностью этого метода является использование монитора, который опускают в обсадную трубу после ее заглубления на заданную величину. Монитор имеет специальные насадки, через которые под большим давлением подают цементный раствор или цементное тесто. Для струйной цементации используют специаль ную установку, схема которой приведена на рис. 7.4.в.
Втех случаях, когда толщина залегаемого под фундаментом слоя слабого грунта соразмерима с глубиной заложения фундаментов, возможно уплотнение его на всю толщину. Для этого в слабом грун те рядом с фундаментом устраивают опускной колодец для располо жения домкратов и звеньев горизонтально погружаемых перфориро ванных инъекгоров. Инъекгоры из колодца горизонтально заводят под фундамент в один или несколько рядов (рис. 7.5.а). По инъекгорам нагнетают под давлением в грунт основания цементный раствор. По ходу работы использованные инъекторы извлекают.
Более эффективно уплотнение слабых грунтов оснований фунда ментов инъектированием с использованием обсадной трубы с про резанной щелью (рис. 7.5.6). Обсадную трубу опускают на заданную глубину в скважину, предварительно пробуренную в непосредствен ной близости от фундамента, с ориентацией прорези на ней в сторо ну фундамента. По трубе в грунт подают цементный раствор перво начально с одной, а затем с другой стороны фундамента. В конеч ном итоге под фундаментом слабый грунт уплотняют на всю толщи ну залегаемого слоя.
Данный способ значительно более производителен по сравне нию с уплотнением грунта цементированием с помощью горизон тально погружаемых инъекгоров и дает возможность исключить ра боты по устройству опускных колодцев.
Впоследние годы разработаны методы автоматизированного уст ройства скважин с помощью управляемых пневмопробойников, которые дают возможность устраивать криволинейные скважины, избавиться от необходимости использования обсадных труб при цементации грунтов нормальной влажности и устройства опускных колодцев или приямков при необходимости уплотнения слабого грунта под зданием или сооружением на всю толщину залегаемого слоя.
164
Рис. 7.4.
а) Принципиальная схема цементации грунта: 1 — фундамент; 2 — инъектор; 3 — укрепленный грунт.
б) Схема веерной цементации: 7 — установка для цементации грунта; 2 — грунт в естественном состоянии; 3 — скважины для инъекторов.
в) Схема установки для струйной цементации грунта: 7 — инъектор с монитором; 2 — компрессор; 3 — водяной насос; 4 — емкость для воды; 5 — растворомешалка; 6 — растворонасос.
Кроме того, создано несколько новых составов химических, ми неральных и органических реагентов, предназначенных для инъектирования в плывунные, пылеватые, мелкопесчаные, лессовые грун ты и супеси с целью их упрочнения. Названные составы заполняют поры в грунте, твердеют там и создают водонепроницаемые завесы и надежные основания для фундаментов. Они позволяют снижать сто имость работ по упрочнению грунтов оснований и расширять об ласть их использования. Вязкость таких реагентов соизмерима с вяз костью воды.
Разработка все более совершенных растворов дает возмож ность упрочнять инъекгированием практически все виды слабых грунтов.
Грунты успешно уплотняют методами битумизации, силикатиза ции и смолизации.
Битумизация заключается в нагнетании в пористые грунты горя чих битумных мастик или холодных битумных эмульсий. Этот спо соб обеспечивает монолитность, водонепроницаемость и защиту ос нований и фундаментов от агрессивных воздействий. При битумиза ции прочностные характеристики грунтов возрастают в меньшей сте пени, чем при цементации.
Силикатизация бывает однорастворной, двухрастворной и газо вой.
Основным материалом для силикатизации грунта служит колло идный раствор силиката натрия (жидкое стекло).
Однорастворную силикатизацию применяют для увеличения проч ности грунтов с коэффициентом фильтрации 0,5—5 м/сут, таких как мелкозернистые пылеватые пески, плывуны, лесс.
В грунты вводят смеси силиката кальция и отвердителя или геле образующие силикатно-фосфорнокислые или силикатно-фтористо водородные и другие составы. В результате химической реакции проч ность обработанного грунта возрастает до 0,3—0,6 МПа.
Песчаные грунты с коэффициентом фильтрации 0,5—5 м/сут и слабые лессовые грунты эффективно закрепляют смолизацией. Смолизация является относительно новым способом закрепления грун тов инъекгированием водным раствором карбамидных, фенольных, фурановых и других видов синтетических смол. Грунт, закреплен ный смолизацией, водонепроницаем и защищает фундаменты зда ний от агрессивного воздействия грунтовых вод.
Газовую силикатизацию используют для закрепления грунтов с коэффициентом фильтрации 0,1—0,2 м/сут и лессовых грунтов с высоким содержанием органических примесей. Особенностью явля ется то, что в качестве отвердителя силиката натрия используют уг лекислый газ.
Двухрастворная силикатизация может быть применена для зак репления песчаных грунтов с коэффициентом фильтрации менее 0,5 м/сут. Способ двухрастворной силикатизации состоит в нагне тании первоначально раствора силиката натрия, а затем раствора хлористого кальция. Прочность грунтов при двухрастворной сили катизации возрастает до 1,5—6 МПа.
166
а ) |
б) |
Рис.7.5.
а) Инъектирование грунта с помощью горизонтально расположенных инъекторов: 1 — фундамент; 2 — управляемый пробойник; 3 — слабый грунт; 4 — плотный грунт; 5 — опускной колодец; 6 — установка для инъектирования.
б) Инъектирование грунта с помощью обсадной трубы: 1 — фундамент; 2 — управляемый пробойник; 3 — слабый грунт; 4 — уплотненный грунт; 5 — плотный грунт; 6 — обсадная труба.
в) Установка для силикатизации грунта: 1 — шланг; 2 — бачок для раствора; 3 — компрессор.
Технология процессов укрепления грунтов оснований включает в себя погружение инъекторов в грунт бурением, нагнетание раство ров и извлечение инъекторов.
Расстояние между скважинами определяется проектом и уточня ется экспериментально. Давление при инъектировании колеблется от 0,5 МПа при смолизации до 6 МПа при цементации грунтов.
При двухрастворной силикатизации грунтов при скорости пото ка грунтовых вод до 1 м/сут вначале нагнетают силикат натрия по слойно в направлении сверху вниз, а затем раствор хлористого каль ция в обратном направлении.
167
При большой скорости грунтовых вод нагнетают в каждый слой по направлению сверху вниз вначале силикат натрия, затем раствор хлористого кальция. Для нагнетания химикатов в грунт используют специальные установки (рис. 7.5.в).
Закрепление глинистых грунтов может быть произведено термо обработкой, заключающейся в подаче в грунты по трубопроводам воздуха температурой 600—800°С или в сжигании топлива в скважи нах, пробуренных для этих целей. При высокой температуре проис ходит увеличение прочности глинистых грунтов за счет спекания частиц между собой.
7.3. Уплотнение грунтов с помощью набивных свай.
При производстве ремонтных работ для уплотнения оснований или передачи нагрузки от зданий на более плотные грунты могут использоваться набивные сваи, которые в зависимости от ма териалов бывают грунтобетонными, бетонными, железобетонными, растворными и песчаными. Устройство набивных железобетон ных свай (рис. 7.6.а) производят специализированные организации, обеспеченные необходимой техникой. Технологический процесс производства работ состоит из бурения скважины с опусканием обсадной трубы и формирования ствола сваи. В зависимости от особенностей уплотнения бетонных смесей набивные сваи под разделены на пневмонабивные, вибротрамбованные и частотрамбованные.
В пневмонабивной свае бетонная смесь уплотняется подачей в обсадную трубу под давлением сжатого воздуха. Обсадная труба пневмонабивной сваи обычно из скважины не извлекается. Тело вибротрамбованной сваи формируется подачей бетонной смеси в обсадную трубу под воздействием собственной массы и уплотнения смеси наружным или внутренним вибратором с постепенным извлечением обсадной трубы по ходу бетонирования. Наружный вибратор крепят к верхнему концу обсадной трубы. Уплотнение бетонной смеси в теле частотрамбованной сваи производят обсад ной трубой, которая с определенной частотой — молотом двойного действия — попеременно извлекается и погружается, трамбуя бетонную смесь. По мере укладки бетонной смеси в тело сваи обсадную трубу извлекают из скважины.
Для восприятия растягивающих и изгибающих усилий набивные бетонные сваи армируют арматурными каркасами или отдельными стержнями, которые устанавливают в обсадную трубу перед уклад кой бетонной смеси. Набивные сваи устраивают в любых грунтах с использованием вращательного или ударно-канатного бурения. Об садные трубы легко забиваются в слабые грунты копровыми уста новками. Для забивки нижний конец обсадной трубы снабжен ме таллическим наконечником, а верхний — оголовником. Несущую способность сваи можно увеличивать устройством уширения ее ниж ней части с помощью дополнительного разбуривания грунта перед началом бетонирования.
168
Рис. 7.6. Устройство монолитных свай.
а) Схема устройства набивных железобетонных свай (/ — бурение скважины; II —установка обсадной трубы; I I I — установка арматурного каркаса; IV — бетониро вание сваи; V — извлечение обсадной трубы; VI — устройство оголовка сваи): 1 — буровая установка; 2 — обсадная труба с вибробункером; 3 — автокран; 4 — арматур ный каркас; 5 — бадья с бетонной смесью; 6 — опалубка оголовка сваи.
б) Схема устройства растворных свай (/ — бурение скважины; II — нагнетание раствора в скважину; III— создание уширений на теле сваи; IV — центральное арми рование; V — выдерживание сваи до набора 70% прочности): 1 — буровой агрегат; 2 — пробуренная скважина; 3 — растворонасос; 4 — генератор постоянного тока; 5 — арматурный стержень; 6 — растворная центрально армированная свая периодическо го профиля.
169
Растворные сваи (рис. 7.6.6) устраивают по аналогичной техно логии. Отличие состоит в том, что они меньшего диаметра, чем же лезобетонные. Раствор в тело сваи подают растворонасосом по рези новым шлангам. Местные уширения на теле сваи создают в резуль тате гидравлического удара, вызываемого электрическим разрядом постоянного тока напряжением 6000 В, подаваемым по кабелю, по груженному в раствор, образующий тело сваи, мобильной электри ческой установкой или взрыванием мелких зарядов с определенным шагом по высоте. При необходимости сваи центрально армируют арматурными стержнями периодического профиля.
При надстройке зданий с устройством или заглублением подваль ных помещений увеличить несущую способность грунтов на 30— 40% можно с помощью коротких деревянных или железобетонных свай путем погружения их в грунт под подошву фундамента. Техно логический процесс уплотнения грунта в основании фундамента в этом случае состоит из вскрытия фундамента на глубину, равную сумме глубины заложения фундамента, длины погружаемых под фун дамент свай и высоты домкратов, используемых для вдавливания свай в грунт. Сваи длиной 1—1,5 м заводят под фундамент и затем с помощью гидравлических домкратов, установленных между подо швой фундамента и сваями, вдавливают в грунт (рис. 7.7). По мере погружения между сваей и домкратом устанавливают распорки. Рас стояние между осями свай в плане колеблется в пределах 70—120 см
Рис. 7.7. Уплотнение грунтов оснований с помощью задавливания в грунт свай (/ — задавливание свай в грунт; II — фундамент после усиления): I — сваи до задавлива ния в грунт; 2 — гидравлические домкраты; 3 — сваи, задавленные в грунт; 4 — зачеканка полусухим цементным раствором; 5 — новая кладка фундамента; 5 — зона укрепления грунта.
170