Технология закрепления переувлажненных глинистых и просадочных грунтов (рис. 4.7) включает выполнение в переувлажненных грунтах вертикальной или наклонной полости и формирование в ней сваи путем заполнения этой полости несвязным наполнителем с последующим его втрамбовыванием и уплотнением. Полость выполняют вибропогружением шаблона, в качестве заполнителя в полость вносят водопоглощающий субстрат в виде песчано-цементной смеси, который отверждают водой, содержащейся в переувлажненном грунте. Диаметр сваи и ее несущую способность регулируют временем вибротрамбования и объемом втрамбованного субстрата. Ниже подошвы формирующейся сваи через материал этой сваи с помощью вибратора забивают инъектор на проектную глубину и, поднимая инъектор с теряемым наконечником, одновременно нагнетают твердеющий раствор. Выполнение всех операций по инъектированию осуществляют в течение 3–4 часов, что составляет 50–70 % от времени окончания гидратации цемента, при котором идет процесс кристаллизации. Технический результат состоит в повышении технологичности, обеспечении закрепления слабых просадочных грунтов, лежащих ниже подошвы сооружаемой сваи, сокращении материалоемкости.

Устройство малозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах

Фундаменты мелкого заложения ФМЗ (рис. 4.8) используются в отапливаемых и неотапливаемых одно– и двухэтажных жилых и общественных зданиях.

К таким конструкциям относятся фундаменты на грунтовой подушке, подошва которых закладывается на глубину 0,4 м – в отапливаемых зданиях и на 0,3 м – в неотапливаемых, а также под отдельно стоящие опоры.

Рис. 4.8. Фундаменты на грунтовой подушке

Во избежание деформации фундамента при сезонном промерзании грунта предусматривают устройство теплоизоляции из пенополистирольных плит для уменьшения глубины промерзания грунта под подошвой фундамента. В отапливаемых зданиях теплоизоляцию размещают вертикально по внешней поверхности фундамента и цокольной части стены на высоту не менее 1 м от подошвы фундамента (рис. 4.9).

Рис. 4.9. Схема укладки и параметры теплоизоляции в фундаментах отапливаемых зданий с теплоизоляцией пола: 1 – фундамент; 2 – стена здания; 3 – пол здания; 4 – горизонтальная теплоизоляция (KNAUF Therm® Floor / KNAUF Therm® 5 в 1 F); 5 – вертикальная теплоизоляция (KNAUF Therm® Floor / KNAUF Therm® 5 в 1 F); 6 – защитное покрытие; 7 – песчаная подготовка под отмостку; 8 – асфальтовая или бетонная отмостка; 9 – непучинистый грунт; 10 – дренаж; 11 – теплоизоляция пола

Зачастую уровень грунтовых вод находится выше глубины промерзания, что приводит к замерзанию воды в грунте и, при превращении ее в лед, к увеличению в объеме примерно в 10 раз. Возникающие при этом силы расширения (называемые «морозным пучением») направлены вверх и стремятся вытолкнуть фундамент из грунта, постепенно его разрушая год за годом.

Для нейтрализации этого процесса вместо наращивания массы и избыточной прочности фундамента применяется эффективное современное комплексное решение: утепление внешних стен фундамента, устройство утепленной отмостки вокруг здания теплоизоляционными плитами.

Это позволяет вывести область отрицательных температур из-под фундамента и исключить воздействие на него сил «морозного пучения».

Укрепление грунтов методом «Геокомпозит»

Метод укрепления слабых грунтов путем инъектирования растворов типа «Геокомпозит» (рис. 4.10) основан на управляемом инъектировании расчетных объемов твердеющих растворов по специальной технологической схеме. В радиусе 1,5–2 м от инъектора раствор заполняет трещины и пустоты, уплотняет рыхлый грунт и формирует в процессе твердения раствора жесткий армирующий каркас, образуя включения цементного камня. Рыхлые фрагменты грунтового массива уплотняются давлением инъектируемого раствора. Чем больше давление, тем лучше становятся физико-механические характеристики грунтов.

Рис. 4.10. Метод укрепления слабых грунтов путем инъектирования растворов типа «Геокомпозит»: 1 – инъектор; 2 – соединительный шланг; 3 – насос для нагнетания раствора; 4 – емкость для раствора; 5 – слабый грунт; 6 – элементарная ячейка композита; 7 – горизонтальный защитный экран; 8 – пакер

Укрепленный таким образом грунтовый массив является принципиально новым техногенным образованием – геотехногенным композитом (геокомпозитом), обладающим высокой степенью жесткости и корневидной структурой, напоминающей корни дерева.

Метод «Геокомпозит» можно использовать для любых сжимаемых грунтов, в том числе водонасыщенных.

Закрепление грунтов методом Jet-grouting

Это метод закрепления грунтов, основанный на одновременном разрушении и перемешивании грунта высоконапорной струей цементного раствора. В результате струйной цементации в грунте образуются цилиндрические колонны диаметром 600—2000 мм.

Порядок производства работ (рис. 4.11):

♦ Бурение лидерной скважины диаметром 112–132 мм до проектной отметки (прямой ход).

♦ Подъем буровой колонны с вращением и одновременной подачей струи цементного раствора под давлением до 500 атм. (обратный ход).

♦ Погружение в тело незатвердевшей грунтобетонной колонны армирующего элемента.

После твердения грунтоцементной смеси в грунте образуется новый материал – грунтобетон. В зависимости от типа грунта и расхода цемента на 1 м3 укрепляемого грунта, прочность на сжатие грунтобетона может изменяться в широком диапазоне.

Рис. 4.11. Порядок производства работ

Преимущества технологии струйной цементации грунтов:

♦ высокая скорость работ за счет малого диаметра бурения скважин;

♦ выполнение работ в стесненных условиях (высота от 2 м, ширина от 1,5 м);

♦ отсутствие динамических воздействий.

При ограждении котлованов (подпорных стен) конструкция из грунтобетонных свай выполняет несколько функций:

♦ воспринимает горизонтальные и вертикальные нагрузки;

♦ является вертикальной противофильтрационной завесой.

С помощью технологии струйной цементации грунтов возможно решение следующих задач:

♦ подпорные стены и ограждение котлованов;

♦ усиление всех типов фундаментов;

♦ противофильтрационные завесы и экраны;

♦ армирование грунтов и геомассив;

♦ закрепление грунтов при проходке тоннелей и строительстве автодорог;

♦ укрепление откосов и склонов;

♦ закрепление грунтов в основании;

♦ разъединительные стенки;

♦ устройство буровых свай;

♦ контролируемое заполнение подземных выработок и карстовых пустот;

♦ заглубление подвалов и надстройка зданий.

Конструкция ограждения котлована может выполняться из одного ряда секущихся грунтоцементных свай (например, диаметром 800 мм с шагом 650 мм) или с расположением свай меньшего диаметра в два ряда в шахматном порядке. Для крепления такого ограждения также могут быть применены грунтоцементные сваи, наклоненные под углом 30–45 градусов к вертикали. Сваи ограждения и крепления объединяются по верху монолитной железобетонной обвязочной балкой.

Для повышения устойчивости стен, выполненных методом струйной цементации, применяют их армирование стальными трубами диаметром 500–600 мм или прокатными балками (h = 400–600 мм), располагаемыми с шагом 1,5–2 м вдоль стены.

Необходимое оборудование: буровая установка, растворонасос с давлением нагнетания цементного раствора 400–700 атм., шланги высокого давления, монитор и керамические сопла.

Основные параметры струйной технологии Jet Grouting (Джет Граутинг):

♦ водоцементное отношение раствора В/Ц = 1;

♦ плотность портландцемента М500 3 т/м3;

♦ диаметр сопел 3,2–4,0 мм (количество сопел 1–2 шт.);

♦ диаметр подающего шланга 25,4 мм;

♦ рабочее давление подачи раствора 410–440 бар.