Армирование грунтов
Армирование грунтов с помощью струйной геотехнологии
Помимо устройства свайных оснований, струйная геотехнология широко используется для армирования грунтов отдельными грунтобетонными колоннами. Так, компания «Инъектоджет» выполнила в г. Катандзаро, Италия, армирование грунтового основания резервуаров очистных сооружений в грунтах, представленных илом и глиной, под слоем сыпучего материала, грунтобетонными колоннами высотой 5. 8 м. Прочность на сжатие грунтобетона составляла 10. 15 МПа. Всего было сооружено 8000 м колонн. При этом было выполнено техническое условие: допустимая осадка не превысила 1 см.
Эта же компания выполнила в аэропорту г. Реджо, Италия, армирование грунтов грунтобетонными колоннами под искусственным щебеночным основанием толщиной 0,5 м под коллектор протоки Торренте в наносных грунтах, включающих пески, щебень и булыжник, при глубине уровня подземных вод 2 м ( рис. 2.15 ).
Рис. 2.15. Армирование грунтов колоннами под искусственным щебеночным основанием коллектора протоки Торренте, Италия, выполненное компанией «Инъектоджет»
Колонны диаметром 1,2 м, высотой 9 м сооружались на глубину 17 м, по прямоугольной сетке с шагом 2 м, и по одной колонне — в середине квадрата. Всего было выполнено 3700 м колонн.
Эта же компания выполнила армирование грунта грунтобетонными колоннами под слоем утрамбованного щебня в основаниях опор железнодорожной эстакады на ветке Червиньяно-Пальманова, вблизи г. Удине, Италия. В грунтах, представленных песком, щебнем и мягким илом с глиной выполнялись колонны диамефом 0,6 м, высотой 11 м, в сочетании с короткими колоннами. Всего было выполнено 3700 м колонн.
Компания «Инъектоджет» выполнила также армирование грунта грунтобетонными колоннами диамефом 0,6 м и высотой 6 м под плитными фундаментами здания радиостанции в г. Поллио, Италия. Из таких же колонн длиной 10 м здесь была сооружена на косогоре подпорная анкерная стенка с грунтобетонными анкерами диамефом 0,5 м и длиной 8,6 м, а кроме того были выполнены свайные опоры длиной 22,5 м под радиомачту из грунтоных колонн, армированных трубами. Грунты включали слои илистых песков с щебнем и илистых глин, подстилаемых песками. Подземные воды были ни уровне поверхности. нагрузки на сваи составляли: на сжатие — 770 кН, на растяжение — 690 кН, на срез — 40 кН. Сваи были армированы 2 тросами б максимальной рабочей нагрузкой 270 кН. Осадки здания составили 1. 1,5 мм.
В 1993 г. в Италии, в районе г. Венеции, Институтом строительства и геотехники при Университете г. Падуя были выполнены работы по усилению основания шоссейной дороги с помощью струйной геотехнологии , В этом районе автомобильные дороги прокладывались по гребням дамб, обраш ванных при отрывке каналов из органических илистых глин. Основаниями дамб служили те же, слабо консолидированные грунты, с прослойками торфа толщиной 1. 2м.
Благодаря разложению торфа, на этих дорогах появ вторичные осадки и горизонтальные деформации. Работы выполнялись в связи с аварийным состоянием дороги длиной 8 км, соединяющей населенные пункты С. Стино ди Ливенцо и Каорле. Дорожное асфальтовое покрытие толщиной от 30 до 70 см. имело основание из несвязных материалов.
Ниже, от 2 до 4 м залегал слой торфа пластичной и средней консистенции, а далее, до 8 м — слой серой илистой глины средней консистенции. Для усиления основания дороги было выполнено по однокомпонентной технологии большое количество грун тобетонных колонн диаметром 65 см, высотой 1,4. 3,6 м, пересекающих слой торфа. Колонны располагались через 1,8 м. Использовались давление раствори 35. 40 МПа и расход раствора 14,4 м3/час, при скорости подъема монитор 2,5 см/мин. Водоцементное отношение в растворе составляло 1:1,3, средним расход цемента составлял 280 кг на 1 п. м. колонны. В результате выполнении работ осадки и деформации покрытия дороги стабилизировались.
Вопреки сложившемуся мнению о невозможности или чрезвычайной трудности закрепления торфяных грунтов, особенно с неразложившимся торфом, целесообразно привести реальный пример успешного выполнения таких работ в Италии.
На железной дороге Милан — Чиассо, трасса строящейся дополнитсльной параллельной линии пересекала участок длиной 530 м, где грунты б представлены слоем неразложившегося торфа толщиной от 4 до 6 м под печано-гравийным слоем. Удельный вес торфяного грунта составлял от 13 15 кН/м3. Была установлена высокая сжимаемость этих грунтов. Для закрепления указанных грунтов в основании строящейся железной дороги б принята струйная геотехнология, позволяющая сооружать грунтобетон колонны большого диаметра.
После выполнения полевых исследований, в которых проверялись одно-, двух — и трехкомпонентная технологии, была выбрана последняя. При выполнении грунтобетонных колонн по этой технологии производился предварительный размыв грунта водяной струей в воздушном потоке — одновременно с бурением рабочей скважины.
Были испытаны два разных состава твердеющего раствора — с водоцементными отношениями 0,7 и 0,85. Плотность растворов составляла от 13 до 1640 кг/м3. Расслоение растворов было от 2 до 5%. 28-дневная прочность растворов на сжатие составляла 25-30 МПа. Наилучшие результаты ( метры грунтобетонных колонн 2,1. 2,5 м) были получены при следующих значениях технологических параметров: давление воды во время предварительного размыва — 20 МПа, во время закрепления грунта — 50 МПа, давленна раствора — 12 МПа, диаметр размывающей насадки 2,4 мм, водоцементное отношение в растворе — 0,7. Прочность полученного грунтобетонного материала зависела от расхода цемента на 1 м3 закрепленного
При выполнении строительных работ грунтобетонные колонны сооружались с расстоянием между их центрами 2,75 м, в 5 продольных рядов, с расстояниями между рядами от 2,15 до 2,8 м. Колонны захватывали на 0,5 м подстилающий песчано-гравийный слой. Всего было выполнено закрепление грунта на участке длиной 700 м. Общая длина гунтобетонных колонн составила 7000 м. Объем закрепленного грунта составил 25000 м3.
Источник
Использование геотекстиля для армирования оснований фундаментов ИЖС на слабых грунтах
Некоторые слабые основания, например, обводнённые пылеватые пески или мягкопластичные суглинки, можно существенно укрепить, используя армирование геотекстилем. В этой статье разберёмся, как это можно сделать.
Прежде всего, далеко не все грунты имеет смысл так укреплять. В некоторых случаях более уместными могут быть свайные фундаменты или полнозаглублённые ленты. Но с такими грунтами основания, как в этом видео, может быть актуально использование армированных подушек.
Вот так выглядит шурф в таких грунтах через пару часов:
Рис. 1. Грунтовые воды в шурфе.
В данном случае мы имеем дело со слабыми мягкопластичными суглинками на территории с высоким УГВ. Наш заказчик в качестве первого строения решил поставить баню 6х9 из бруса. Для усиления слабого грунта основания ему было рекомендовано устроить под фундамент песчаную подушку, армированную геотекстилем.
Из нормативных документов, которыми можно было бы руководствоваться при использовании данного метода усиления основания фундаментов, имеется СП 45.13330.2017 «Земляные сооружения, основания и фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87 (с Изменениями N 1, 2)». Там в разделе 18.2 обсуждаются некоторые вопросы использования геотекстиля для данных целей, однако, конкретных рекомендаций по проектированию таких армированных оснований, не представлено.
В современной нормативной базе, посвященной вопросам конструирования армированных геотекстилем оснований, имеется значительный пробел. Лучше всего этот вопрос представлен в нормативах для дорожников, например, в ОДМ 218.5.003-2010 «Рекомендации по применению геосинтетических материалов при строительстве автомобильных дорог». В данном документе в таб. 6.1. описаны виды геосинтетических материалов, из которой следует, что для целей армирования лучше всего использовать полиэфирные геотекстили. Также в таб. 7.1 и 7.2 указаны наиболее важные характеристики, которые надо учитывать для целей армирования грунтов основания.
В разделе 8 ОДМ 218.5.003-2010 также есть методика расчета конструкции насыпи временной дороги на слабых грунтах, где реализуется армирующий эффект прослойки из геотекстиля. В целом подход к расчёту соответствует тем задачам, которые возникают в ИЖС, но формально областью применения данного нормативного документа является сфера дорожного строительства. Более того, указанный расчёт применяется для временных дорог, поэтому не учитывает явление ползучести у геотекстиля — его возможную деформацию под длительными нагрузками, в результате чего теряется армирующий эффект основания. По этим причинам обратимся к другим источникам, в частности к учебному пособию «Основания и фундаменты» за авторством Р.А. Мангушева и др. Там предлагается простой аналитический метод расчёта толщины армированных подушек:
Рис. 2. Расчёт толщины армированной подушки по Р.А. Мангушеву и др.
Однако и здесь описание метода дано довольно неконкретно, нет указаний на то, как учитывать наличие геотекстиля, допустимое растягивающее напряжение на нём, угол распределения давления в материале подушки задан интервалом без комментариев, какие значения выбираются в различных случаях. Фактически предложено расчёт основания делать из учёта распределения давления в подушке основания, а эффект армирование идёт в запас.
Следующим источником, в котором более подробно разбирается вопрос армирования оснований геотекстилем, является переводное издание книги К.Д. Джоунса «Сооружения из армированного грунта»:
Рис. 3. Выдержка из книги К.Д. Джоунса.
Особенно ценно, что в этой книге рассматривается вопрос усилия, прилагаемого к геотекстилю. Согласно графикам, предлагаемым Джоунсом, максимальные усилия возникают в геотекстиле при расположении его на глубинах, соответствующих 0.4-1.0 ширины фундамента b:
Рис. 4. Усилия в геотекстиле по Джоунсу.
Аналогичные выводы содержатся и в экспериментальных данных, полученных В.М. Антоновым. (стр.58). Соответственно, на указанных глубинах геотекстиль больше всего включается в работу основания.
С учетом рекомендаций, изложенных в указанных выше документах, предлагается следующая схема использования армированных геотекстилем песчаных подушек:
Рис. 5. Схема армирования песчаной подушки грунта основания.
Данную схему можно использовать с незаглубленным ленточным фундаментом или плитой УШП, которые монтируются на песчаную подушку толщиной t1, устраиваемой в неглубоком котловане по поверхности слабого грунта основания. В большинстве случаев бывает достаточно заменить армированной подушкой верхний почвенно-растительный слой.
В случае использования МЗЛФ, подушка устраивается ниже на глубину заглубления подошвы фундамента.
Расчёт минимальной толщины подушки t1 производится по следующей формуле (на основе формулы 4.2 по Р.А. Мангушеву и др.) :
t1 — минимальная толщина песчаной подушки относительно подошвы фундамента (максимальная толщина может определяться иными факторами, например толщиной почвенно-растительного слоя, вместо которого укладывается эта подушка);
F — погонная нагрузка на ленточный фундамент (включая собственную массу фундамента), кН/м;
R — расчетный предел прочности грунта основания ( в случае отсутствия точных данных рекомендуется принимать R=60 кПа), кПа;
b – ширина ленточного фундамента, м
Максимальная толщина подушки назначается исходя из конструктивных и технологических факторов (толщина почвенно-растительного слоя, например).
Глубина заложения геотекстиля от подошвы фундамента (на основе экспериментальных данных, стр.60). :
b — ширина ленточного фундамнета, м
Также, при устройстве армированной подушки должны соблюдаться следующие правила (см. рис.5):
Для армирования грунта рекомендуется применять полиэфирный геотекстиль плотностью не менее 300-350 гр/м2, биоксиальный (равнопрочный в обоих направлениях).
Котлован под песчаную подушку должен быть больше габаритных размеров фундамента в каждую сторону на величину L, которая больше или равна 3 t1 .
Для исключения продёргивания геотекстиля при растяжении, концы полотен анкерятся путём подворота их на верх подушки на величину 2L+b (аналогично используемому в методе «концертино»).
Геотекстиль наиболее эффективно работает на глубине h, поэтому, если общая толщина подушки существенно превышает данную величину, рекомендуется разделить подушку на два слоя, между которыми уложить полотна геотекстиля.
Если по расчёту толщина подушки t1 получилась меньше h, то толщину подушки назначают t1 = h + 0.05-0.1 метров.
Поверх основной армированной подушки возможно устройство ещё одной армированной насыпи, толщина которой t2 не более ½ t1. Полотна второй подушки в этом случае укладываются в направлении, перпендикулярном нижележащему слою. Без армирования подушку t2 можно делать толщиной не более 0.2 b.
Песчаная подушка выполняется с послойным уплотнением (толщина слоёв 150 мм) из песка средней крупности с небольшим содержанием глинистых и пылеватых частиц для лучшей укатываемости. Коэффициент уплотнения по СП 45.13330.2016 не менее 0,94.
Сама конструкция армированной подушки понятна из рис.5. В неглубокий котлован, образовавшийся после снятия почвенно растительного слоя, укладывается первый тонкий слой песка для выравнивания дна котлована. По этому слою песка расстилается геотекстиль, полотна которого укладываются с нахлестом не менее 500 мм (по ТТК «Укладка нетканого геополотна «Дорнит» при дорожном строительстве»). Полотна геотекстиля при укладке слегка натягиваются и в таком состоянии присыпаются небольшим количеством песка. После укладки геотекстиля, выполняется послойная засыпка песка подушки с уплотнением механическими трамбовками.
По результатам экспериментальных проверок армирование геотекстилем увеличивает прочностные характеристики основания примерно в 1,6 раза по сравнению с неармированной подушкой. Суммарный эффект укрепления складывается из работы армирования и распределительной функции песчаной подушки и может составлять 250-300% увеличения прочности по сравнению с характеристиками слабого грунта основания. Наглядный пример эффекта от использования армирования из геотекстиля.
Рассмотрим технологические приёмы по устройству такой армированной подушки на примере нашего заказчика, о грунтах которого шла речь в начале статьи. В соответствии с нашими рекомендациями он сделан небольшой котлован и уложил на его дно полотна геотекстиля:
Рис. 6. Уложенный геотекстиль.
Послойно уложил песок подушки с уплотнением виброплитой:
Рис. 7. Уплотнённая подушка основания.
На уплотнённую подушку был произведён монтаж ленточного фундамента:
Рис. 8. Ленточный фундамент.
Поскольку у бани планируется цокольное перекрытие по деревянным балкам с вентилируемым подпольем, а также устройство гидроизолированной стяжки с уклоном для стока влаги, попавшей через пол, поверхность грунта внутри периметра ленточного фундамента защищена от промораживания слоем ЭППС.
Ширина фундамента выбрана из условий достаточности ширины для опирания стены из бруса и балок перекрытия (полка для балок):
Рис. 9. Цокольное перекрытие по фундаменту.
Источник