Технология стр. пр.. Головное издательство издательского объединения
 Скачать 18.72 Mb.
|
|
Раздел V УСТРОЙСТВО ОСНОВАНИИ И ФУНДАМЕНТОВ* Глава 1 УСТРОЙСТВО ОСНОВАНИЙ § 1. Уплотнение грунтов Подготовка оснований под фундаменты состоит из ряда процессов, цель которых — обеспечить на заданной отметке контакт основания с подошвой фундамента по всей его поверхности и довести несущую способность грунта основания до проектной. Основными процессами при подготовке основания являются подчистка дна котлованов и траншей, уплотнение основания и (при необходимости) увлажнение или осушение грунта в ходе его уплотнения. Подчистку дна котлованов выполняют по всей их площади бульдозером, который вслед за экскаватором срезает оставленный (недобранный) им грунт. Оси стен и углы на их пересечениях фиксируют колышками, отметку верха которых определяют по-нивелиру. Грунт, находящийся выше поверхности колышка, при подчистке срезают вручную. Ведя механизированную подчистку в котлованах, грунт срезают ниже проектной отметки и подсыпают до верха колышков песком. Если основание сформировано из слабых естественных или насыпных грунтов, можно увеличить их несущую способность поверхностным (на глубину 1,5... ...2 м) или глубинным (более 2 м) уплотнением. * В этот раздел не включено описание технологии устройства монолитных (каменных и бетонных) и сборных железобетонных фундаментов. Технология этих работ аналогична технологии возведения наземных конструкций из тех же материалов и поэтому отнесена к разделам VI и VII. Поверхностное уплотнение грунтов в котлованах выполняют тяжелыми г лад-к и м и или кулачковыми катками, которые после многократной проходки по одному следу уплотняют слой глубиной до 0,5 м. Аналогичные результаты дают пневматические и дизельные прыгающие трамбовки. Тяжелые трамбовки (массой более 1 т) уплотняют грунт на глубину до 1,5... ...2,5 м. Их поднимают самоходным краном с фрикционными лебедками и бросают с высоты 3...4 м. Недостатком метода трамбования является быстрый износ механизма лебедки и тросов. Трамбование выполняют по участкам последовательными ударами, распределяя их равномерно по поверхности поперечной полосы участка. Первые удары трамбовки вызывают быстрое понижение поверхности грунта. В дальнейшем понижение замедляется — процесс уплотнения затухает — и, наконец, наступает момент, когда уплотненное ядро после каждого удара опускается на одну и ту же величину. Такое явление называют отказом. Достигнув отказа, трамбование прекращают. Песчаные и обломочные породы уплотняют вибрированием. Обычные виброплиты уплотняют грунт на глубину до 0,5 м, тяжелые самоходные — до 1 м. Эффективность и качество поверхностного уплотнения зависят от влажности грунта. Переувлажненные грунты от ударов разжижаются и налипают на трамбовку. В таких случаях поверхность грунта перед трамбованием покрывают слоем кирпичного щебня, известняка или сухого грунта толщиной до 10 см либо трамбуют после просыхания. При недостатке влаги поверхность основания за сутки до уплотнения заливают водой. При разработке котлованов следует учитывать, что в результате уплотнения поверхность дна заметно понижается. Обязательное удаление разрушенного трамбованием слоя грунта толщиной 10...15 см также приводит к углублению котлована. Поэтому, если основание предполагается уплотнить, глубину выемки назначают, учитывая величину осадки грунта (ее устанавливают пробным трамбованием) и толщину удаляемого слоя. Глубинное уплотнение грунтов выполняют гидровибрированием, одновременно увлажняя грунт до насыщения. Блок гидровиброуплотнителя погружают в грунт краном на глубину до 2 м (рис. V. 1, а). Вибрация на заданной глубине длится 20...30 с. Насыщенный водой грунт под воздействием колебательных движений вибратора становится подвижным, зерна его перемещаются вниз и грунт уплотняется. По окончании уплотнения гидровиброуплотнитель извлекают, не прекращая подачи воды. Весь цикл одного погружения продолжается 2—3 мин. Гидровибратором на длинной штанге (рис. V.1, б), который переставляют краном, можно уплотнять песчаные грунты на глубину до 10 м. Просадочные лессовые грунты уплотняют замачиванием, заливая водой предварительно пробуренные поглощающие скважины, заполненные дренирующим материалом (рис. V.l.e). Уплотнение происходит под действием собственного веса грунта, поэтому верхние слои требуют дополнительной обработки трамбовками или катками. Бурение поглощающих скважин и насыщение их водой несложны, но процесс осадки происходит медленно — 60...100 дней. Эти сроки сокращаются до 3...7 дней, ее-  Рис. V.I. Глубинное уплотнение грунтов основания и его укрепление: а — гидровиброуплотнителем на глубину до 2 м; б — то же, на глубину до 10 м; в — обычным замачиванием; г— энергией глубинных взрывов; д — электроосмосом с вакуумированием; е — песчаными сваями; ж — раскрывающийся башмак инвентарной сваи; / — блок гидровиброуплотнителя; 2 — подача воды при погружении; 3 — увлажненная зона; 4 — воронка от осадки грунта; 5 — уплотненная зона; 6 — подача воды при подъеме; 7 — подвеска: 8 — звенья направляющей штанги; 9 — эластичные муфты; 10 — виброголовка; 11 — сопло для подачи воды в грунт; 12 — поглощающие скважины; 13 — граница зоны замоченного грунта; 14 — подушка из дренажного материала; 15 — совмещенные с зарядом ВВ скважины; 16 — анодные стержни; П — коллектор иглофильтровой установки; 18 — иглофильтр-катод; 19 — вибропогружатель; 20 — инвентарная трубчатая свая; 21 — набивная песчаная свая; 22 — шарнир; 23 — створка башмака; 24 — кольцо, фиксирующее створки в закрытом положении в период погружения ли оснастить поглощающие скважины зарядами ВВ. Поочередный взрыв зарядов с интервалом в несколько секунд создает серию ударных волн, подвергая замоченный грунт многократному динамическому воздействию (рис. V. 1, г). Глубина уплотнения достигает 30 м. Торфяные грунты, подстилающие насыпи земляных сооружений, стабилизируют комбинированным воздействием ва-куумирования и электроосмоса (рис. V.l,d). Частицы воды, получившие положительный заряд от анодных стержней, устремляются к иглофильтру-катоду, поры освобождаются, грунт обезвоживается и уплотняется. Слабые глинистые и заиленные грунты уплотняют песчаными или грунтовыми сваями. Их устраивают с помощью инвентарной сваи-оболочки из цельнотянутой толстостенной трубы диаметром 400... ...500 мм с раскрывающимся башмаком (рис. V.1, е, ж) или съемным (теряемым) башмаком. Инвентарная оболочка, погружаясь, раздвигает и уплотняет грунт. Погруженную в грунт оболочку заполняют песком или местным перемятым грунтом с послойным трамбованием. По мере заполнения оболочки ее извлекают. При этом трамбуемый грунт раздвигает створки башмака, а фиксирующее кольцо остается в грунте. Таким способом удается ликвидировать просадоч-ность лессовых грунтов только на глубину, прорезанную сваями. Нижележащий массив лесса при этом не уплотняется, что является недостатком этого способа. После глубинного производят поверхностное уплотнение, а затем подчищают дно котлована и поверхность основания. § 2. Устройство подушек Песчаные и щебеночные (или гравийные) подушки предназначены для распределения давления от фундамента на большую площадь либо для замены слоя слабого грунта под фундаментом. В состав работ по устройству подушек входят транспортирование и разгрузка материала, его разравнивание, увлажнение, уплотнение и выравнивание поверхности по заданной отметке. В большие котлованы, оборудованные въездными траншеями, песок или щебень доставляют самосвалами и разгружают на дно. Если подушку отсыпают в сухом котловане, разгруженный материал разравнивают бульдозером слоями толщиной 20 см. Каждый слой увлажняют и уплотняют поверхностными вибраторами или механическими трамбовками. Уплотненную поверхность песчаной подушки зачищают. Поверхность гравийной или щебеночной подушки смачивают и в пределах фундаментов покрывают стяжкой из цементного раствора под рейку. В случае замены грунта при высоком уровне грунтовых вод нижнюю часть подушки отсыпают в воду сразу на всю глубину, начиная со стороны въезда. Материал, доставляемый самосвалами, разгружают на урезе воды и бульдозером сталкивают в воду. При этом откос насыпи под водой продвигается вперед. Отсыпку ведут полосами поперек котлована по всей ширине его дна. В этих условиях песчаные подушки уплотняют глубинными вибраторами, а щебеночные или гравийные — поверхностными вибраторами или механическими трамбовками. § 3. Закрепление грунтов Несущую способность слабых грунтов и трещиноватых горных пород можно увеличить методами искусственного закрепления, к которым относятся: силикатизация, смолизация, термическое закрепление и цементация. Силикатизация и смолизация сходны по технологии, предусматривающей расчистку участков закрепления, погружение инъекторов, приготовление и нагнетание растворов, извлечение инъекторов, тампонаж скважин. Приготовленный в специальной установке (рис. V.2, а) закрепляющий раствор по разводящей системе нагнетают в инъекторы (рис. V.2, б). Забивной инъ-ектор представляет собой стальную толстостенную трубу с заостренным наконечником, перфорированную в нижней части на высоту 0,5... 1,5 м (рис. V.2, в). Инъекторы забивают на глубину до 7 м пневматическими молотами массой до 30 кг. Извлекают инъекторы лебедкой с помощью копра или 10-тонным домкратом.  Рис. V.2. Химическое укрепление грунтов: а — специальная установка для приготовления закрепляющего раствора; б — схема подключения инъекторов; в — забивной инъектор; г — схема тампонирования скважины инъектором; / — насосы; 2 — магистральный трубопровод; 3 — емкости для раствора; 4 — сеть водопровода; 5 — автоклав; 6 — цистерна для жидкого стекла; 7 — подключение гибких шлангов; 8 — забивные инъекторы; 9 — массив укрепляемого грунта; 10 — наголовник; 11 — глухое звено забивного инъектора; 12 — перфорированное звено; 13 — шланг для подачи сжатого воздуха; 14 — верхний и нижний фланцы; 15 — резиновый чехол тампона; 16 — труба для подачи раствора; П — изолированная полость скважины 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 hот 3 до 8 м, начиная с нижней. Резиновый чехол тампона инъектора (рис. V.2, г), поддутый сжатым воздухом, предотвращает выход раствора в верхние заходки. После насыщения первой заходки до заданного радиуса инъекции г, м, инъектор поднимают на вышележащую заход-ку, опять поддувают манжет и подают раствор в ненасыщенный грунт очередной заходки. Продолжительность нагнетания раствора на каждой заходке одной скважины, мин, определяют по формуле Т= l,67r2/i/Q, (V.I) где Q— объем раствора, подаваемый в скважину, м3/мин. Лессовидные грунты закрепляют только раствором силиката натрия. При его взаимодействии с солями кальция, содержащимися в лессах, образует- ся гель кремниевой кислоты, который цементирует частицы лесса, превращая их в камневидную массу. Этот способ называется однорастворной силикатизацией. В п е с к а х (сухих, а также водона-сыщенных) с высоким коэффициентом фильтрации применяют метод двухраст-ворной силикатизации (рис. V.2, в, г): 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. Пылеватныепески (сухие и водо-насыщенные) закрепляют гелеобразую-щей смесью растворов силиката натрия и фосфорной кислоты. Для закрепления мелких песков применяют также водный раствор карба-мидной смолы в смеси с раствором соляной кислоты. Такую смесь составляют непосредственно перед нагнетанием в инъекторы. Способ этот называют смо-лизацией. 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 заход-ки — 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 водопо-глощения, 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. § 4. Особенностиустройства основанийв зимних условиях В холодное время года уплотнять основания надо быстро; заканчивать этот процесс следует при температуре грунтов не ниже +2 °С, а подготовленные поверхности предохранять от замораживания (накрывать матами и пр.). Лучшим способом уплотнения в этих условиях является трамбование, не требующее большой открытой поверхности, как, например, укатка. Для подсыпки оснований используют талые грунты; применение мерзлых комков недопустимо. Лучше всего устраивать подушки из сухого песка или щебня, которые после уплотнения нужно предохранять от увлажнения. Методы уплотнения, требующие в обычных условиях замачивания грунтов, зимой не применяют. Силикатизацией, смолизацией и цементацией грунты закрепляют при температуре в зоне закрепления не ниже +1 °С. Растворы для силикатизации подогревают до +40 СС. При смолизации и цементации растворы, подаваемые в скважины, должны иметь температуру не ниже +5 °С. Оборудование и скважины закрывают тепляками. Термическое закрепление грунтов практически не ограничено уровнем отрицательных температур. При падении температуры воздуха ниже —10° нужно только утеплять топливные трубопроводы, а загустевшее жидкое топливо разжижать подогревом. § 5. Контроль качества уплотнения и закрепления оснований Горизонтальность и отметки подготовленного основания контролируют нивелиром, плоскость поверхности — рейкой. Качество уплотнения тяжелыми трамбовками проверяют пробным трамбованием — двумя ударами той же трамбовки с высоты 4 м. Ориентировочно величина отказа для песков составляет 0,64 см, лессовидных суглинков — 1... : ...1,5 см, глинистых грунтов—1...2 см. Существуют приборы, основанные на , принципе погружения стандартного i штампа под действием стандартного гру-! за. Число ударов для погружения штам-I па на 10 см характеризует степень уплот-I нения грунта. I Качество уплотнения определяют так-I же по плотности образцов, отобранных I с помощью стандартных колец. Ориенти-§ ровочно плотность скелета грунта долж-■ на составлять: для песков—1,63... К...1,6г/см3,для суглинков — 1,7г/см3 (в ■зависимости от влажности). В При большом объеме работ по контро-■лю качества оснований можно применять ■радиометрические плотномеры для глу-■йшнных или поверхностных измерений. В Качество закрепления грунтов В< горных пород контролируют пробным щБурением, пробным нагнетанием воды В скважину, иногда вскрытием шурфов ■ми специальными методами, указанны-Нр в проекте. Во всех случаях, когда характеристики оснований не соответствуют проектным, работы по уплотнению или закреплению повторяют и снова контролируют их качество. § 6. Охрана труда при устройстве оснований До начала работ необходимо проверить устойчивость и прочность заложенных откосов и установленных креплений стен траншей и котлованов, чтобы предупредить обвалы и оползни. Для передвижения рабочих устанавливают стремянки с перилами, а в узких траншеях — приставные лестницы. При закреплении грунтов нужно соблюдать требования, предусмотренные для работ на компрессорных, гидравлических, электрических и паровых установках. Работы с кислотами следует выполнять в защитных очках, масках и специальной одежде. В рабочей зоне всегда должны быть нейтрализующий щелочной раствор и чистая вода. Термическое закрепление грунтов можно начинать только после проверки газонепроницаемости поверхностного уплотнения, приобретения бетоном защитных воротников у скважин не менее 50 % прочности и устройства козырьков. Турбогазодувки устанавливают не ближе, чем в 5 м от обжигаемых скважин, а емкости с горючим — не ближе 4чем в 10 м. Надежность трубопроводов и электросетей контролируют ежедневно, неисправности устраняют немедленно. При контроле качества уплотнения радиометрическими приборами источники гамма-излучений хранят в свинцовых контейнерах в специально отведенном месте. К работе с ними допускаются только специально обученные лица. |