Усиление грунтов основания фундаментов методом цементации. Особенности технологии укрепления грунтов методом инъектирования

Выполняем полный комплекс работ от усиления и проектирования до производства работ по обследованию фундаментов зданий и сооружений по Москве, Московской области и всему Центральному округу. Предоставляем гарантию на выполненные работы сроком на 5 лет.

Методы устранения дефектов

На выбор оптимальной для конкретной ситуации методики проведения работ по ремонту фундаментов оказывает влияние комплекс факторов: геологические особенности грунта, конструкция здания и фундамента, их фактическое состояние и т.д.

Сложная многоступенчатая операция, подразумевающая полную или фрагментарную замену имеющегося фундамента.

Цементация осуществляется инъекционным методом - искусственное целенаправленное преобразование строительных свойств грунтов нагнетанием под давлением цементирующих растворов.

Технология, при которой цемент перемешивается с грунтом и образует грунтоцементные сваи, называется цементацией.

Нагнетание в грунт цементного молока, жидкого стекла, битума, синтетических смол или иных вяжущих, затвердевающих при определенных условиях.

Выполняется по одной из методик в зависимости от вида конструкционных материалов и объема работ.

Укрепление кладки путем инъектирования в поврежденные участки модифицированных цементных растворов.

Восстановление целостности и геометрических параметров, а также повышение несущей способности полов по одной из прогрессивных технологий.

Представляет собой нагнетание под подошву и непосредственно в фундамент цементного состава.

Искусственное закрепление почвы химическим способом с использованием силикатных растворов.

Закрепление грунтов, используемое при усилении основания фундаментов, стоящих на сухих и водонасыщенных песках.

Закрепление известняков карстовых грунтов предотвращает провалы и просадки, которые со временем преобразуются в проседания и карстовые воронки.

Представляет собой монолитную железобетонную конструкцию, которая занимает всю площадь под строящимся зданием.

Предотвращает обрушение грунтовых стенок и защищает котлован от попадания грунтовых вод.

Выполнение сложных ремонтных работ по восстановлению различных видов фундаментов.

Данные работы направлены на восстановление фундаментов старых строений для продления их эксплуатации.

Цены на работы по усилению фундаментов

Последние выполненные объекты

Причины разрушения фундамента

Одна из важнейших задач, которую приходится решать строителям при проведении работ по реконструкции жилых, общественных, административных зданий и иных сооружений - повышение несущей способности их фундаментов. Необходимость в этом может быть вызвана различными причинами:

Специалисты ООО «БУРИНЖСТРОЙ» за годы деятельности компании многократно выполняли усиление оснований фундаментов и укрепление грунтов вокруг них. Накопленный опыт и использование прогрессивных технологических схем - основа нашей успешной деятельности и умения справляться с поставленными задачами самого высокого уровня сложности.

Компания «БУРИНЖСТРОЙ» проводит работы по полной или частичной реконструкции фундаментов зданий. Воспользоваться услугой необходимо владельцам домов, на стенах которых стали возникать трещины. Это часто свидетельствует о том, что реконструируемое здание осело.

Как проводится усиление фундамента

Первым этапом работ является определение степени поврежденности фундамента и его характера. В некоторых случаях применяются другие методы усиления фундаментов при реконструкции: ситуацию исправляют частичным наращиванием основания бетонными блоками или кирпичом. Установка дополнительного основания производится в зонах сильного повреждения старого фундамента. Однако в большинстве случаев зданиям с поврежденным основанием требуется капитальная реконструкция.

Если фундамент ленточный, его целесообразнее частично удалить, заменить на новый либо усилить, укрепив слабые зоны. Конструкция дома на свайном основании приподнимается с помощью домкратов аккуратно и равномерно по всему периметру.

Ход работ

Реконструкционные работы по фундаментам всех типов начинаются с обустройства траншеи по периметру здания. Далее фундамент освобождается от загрязнений и старой внешней отделки.

Для укрепления нового основания используется арматуру. Ее монтаж производится с небольшим отступлением от стены. Следующий шаг - установка опалубки и заливка бетонной смеси или цементного раствора. После полного застывания смеси опалубка демонтируется, и производится обратная засыпка.

Основные методы усиления оснований фундаментов

Усиление грунтов подразумевает их упрочнение с целью создания дополнительной связи частиц между собой для снижения сжимаемости. Основные способы усиления оснований фундаментов глубокого и мелкого заложения: цементация, силикация, битумизация и смолизация.

Метод цементации находит применение для закрепления рыхлого песка крупной и средней зернистости при наличии карстовых пустот. Суть метода заключается заключается в нагнетании под высоким давлением цементного раствора марки не ниже 400 в грунт через предварительно подготовленную скважину. Карстовые пустоты закрепляют с помощью раствора с добавлением песка и других подвижных заполнителей.

Метод силикации довольно дорогостоящий и отличается трудоемкостью, однако обеспечивает чрезвычайно надежное превентивное усиление оснований и фундаментов. Он задействуется для закрепления мелко- и крупнозернистого песка. В толщу грунта вносится хлористый кальций и жидкое стекло в виде раствора. При работе с пылевым и мелкозернистым песком в грунт вливается фосфорная кислота, жидкое стекло с сернокислым аммонием и серной кислотой. Метод битумизации подходит для усиления основания под существующим фундаментом на сухих скальных и песчаных грунтах. Суть метода: в трещины скважин вводятся инъекторы, через которые в них подается горячий битум. Для обеспечения антифильтрового занавеса в песчаных грунтах используется битумная эмульсия с коагулятором.

Метод смолизации состоит в нагнетании в песчаный грунт растворов карбомидной смолы и HCl с помощью инъектора. Получаемая в результате взаимодействия этих растворов масса склеивает частицы песка между собой. Усиление фундамента методом смолизации применяется в исключительных случаях, так как карбомидные смолы являются дорогостоящим материалам.

Цементация фундамента – это инъекция цементным раствором, который вводится в пустоты основания. Состав инъекции определяется пропорциями стройматериалов и их составом в растворе – стандартно для строительства фундаментов используется цементно-песчаный или бетонитовый раствор. В пробуренные заранее в рассчитанных местах отверстия смесь закачивается под определенным давлением, и этот процесс называется усиление фундаментов цементацией. Кроме расчета месторасположения поврежденных участков, рассчитывается и требуемое число цементных инъекций, в результате действия которых фундамент становится более прочным, а за счет заполнения всех пустот раствором конструкция превращается в монолит.

Цель проведения инъекций – укрепление основания, которое, как известно, держит на себе все здание, и от прочности и надежности этой конструкции зависит длительность эксплуатации жилого дома или другого строительного объекта. Ошибки, допущенные в расчетах фундамента, при выборе его типа или при использовании стройматериалов, могут вылиться в разрушение или деформации основания и стен дома, которые в ряде случаев можно исправить цементацией. Не для всех разрушений или деформаций необходимо проводить укрепление инъекционным методом – зачастую, проверив трещины на расширение, достаточно сделать обычный косметический ремонт поверхности – замазать трещины цементно-песчаным раствором. Но, если трещины продолжают расширяться, то необходимы более радикальные меры, и одна из них — усиление грунтов основания фундаментов методом цементации. Почему мы говорим «усиление грунтов»? Потому что эта методика превосходно подойдет не только для ремонта и укрепления основания, но и для усиления грунта под подошвой фундаментной конструкции.

Методы усиления

Из наиболее надежных и популярных технологий усиления оснований можно перечислить такие:

1. Укрепление торкрет-бетоном – применение этого способа основано на покрытии ремонтируемой поверхности раствором, подающимся под большим давлением. Такой метод ремонта используется главным образом при укреплении кирпичных и бутовых фундаментов. Основные рабочие процессы: На глубину заложения фундамента роется шурф шириной 1,5-2 м, чтобы можно было опустить в него специальное оборудование (пушку), и нанести бетонную смесь;
2. Уширение подошвы также делается освобождением фундамента от наружного слоя грунта, после чего к старому основанию сваркой крепится арматура, которая одним концом вбивается в фундамент, а другим заводится в опалубку, заливаемую бетонным раствором;
3. Укрепление фундамента обустройством железобетонной рубашки. Процесс заключается в заливке бетона, который нужно доставить в траншею, прокопанную по всему периметру основания и укрепленную армирующим каркасом. Бетон заливается в дощатую опалубку;
4. Усиление сваями – на ослабленных разрушением участках бурятся наклонные скважины, в отверстиях связывается армокаркас, бетон в скважины подается под давлением;
5. Технология усиления основания цементацией: при первых признаках деформации или разрушения фундамента на разрушенных участках в грунте роются или бурятся скважины. Бетонным раствором пир помощи специальных инъекторов через скважины в фундаменте или в грунте заливают все пустоты.

Из всех вышеперечисленных методик цементация представляется простейшим и дешевым способом дома. Кроме того, инъекции могут применяться к разным типам оснований: к ленточному или плитному фундаменту, к свайному или столбчатому, и делать это можно как для крупных мощных сооружений, так и для частных строений.

Принципы технологии цементации

Песок для раствора, которым проводится цементация фундамента, должен быть мелким, среднефракционным или бентонитовым. Это будет зависеть от состава стройматериалов основания. Цементация (инъекция) делается таким образом: сначала под участок с разрушениями под углом подводится (бурится) скважина (в случае необходимости усиления грунта), или скважина бурится прямо в фундаменте, а затем в нее под давлением закачивается бетон. Сложность осуществления этого способа в индивидуальном строительстве заключается в том, что трудно создать высокое давление в трубах в домашних условиях – для этого нужен специальный насос. Упростить инъецирование можно расширением скважины и использованием недорогого центробежного насоса. При правильно рассчитанном количестве цементных «уколов» фундамент снова станет прочной монолитной конструкцией.

Подробнее о способах цементации:

1. Вводить жидкий цементно-песчаный раствор можно в наклонно пробуренную скважину в теле основания, которая заканчивается на глубине, не превышающей глубины заложения подошвы на 0,3 метра. То есть, нужно, чтобы отверстие не доставало до подошвы 30 см;
2. Второй способ заключается в том, что скважина должна проходить через фундамент насквозь, с заглублением ниже подошвы на 0,5 метра. Таким образом, все пустоты под подошвой будут заполнены раствором, что увеличит фундамента и увеличит общую площадь подошвы.

Процесс цементации

1. Первый шаг в реализации технологии инъецирования фундамента – бурение скважин (шурфов) на глубину, меньшую, чем заложение подошвы, сечением 100 х 100 см. Скважины рекомендуется бурить со сдвигом, в шахматном порядке. Если есть технологическая возможность, то и внутри дома также нужно пробурить несколько скважин. Все отверстия бурятся не рандомно, а в местах с наибольшими разрушениями. Визуально разрушения видны как трещины и осыпания штукатурки на стенах фундамента и самого здания. На рисунке ниже видны варианты типа трещин и их месторасположения, по которому можно определить причины их возникновения;
2. Затем на расстоянии 25-50 см в основании под углом бурятся шурфы Ø 40-120 мм. Глубина шурфа указана в пункте №1 «о способах цементации»;
3. Если ремонт фундамента проводит строительная бригада, то раствор подается под давлением при помощи специального оборудования. При самостоятельном решении проблемы придется использовать любой подходящий насос;
4. Как приготовить правильный раствор для цементации основания дома: сначала замешивается тощий (очень жидкий) раствор с соотношением вода-цемент 0,9-1. В течение 10-15 минут эту смесь необходимо в скважину с минимальным давлением 0,2 Мпа (можно больше, но не меньше). Подача смеси происходит, пока впитывание раствора не замедлится до 3,5-4 л/мин. Последующие порции цементной смеси делают гуще – с соотношением вода-цемент 0,7-1. Все порции закачивают полностью, с поддержкой такого же уровня давления, пока раствор не станет поглощаться со скоростью 5 л/мин.
5. Через 48 часов ремонтируемый участок можно считать готовым к эксплуатации.

В первом варианте (см. рисунок) появление трещин может быть обязано с:

1. слабым основанием под левой частью здания;
2. изменение состава бетона;

Во втором варианте (см. рисунок) появление трещин может быть обязано с:

1. слабым основанием в средней части дома;
2. неравномерной осадкой дома ввиду разнородного состава грунта;
3. ) и вымыванием грунта под средней частью фундамента.

В третьем варианте (см. рисунок) появление трещин может быть обязано с:

1. просадкой грунтов основания от замачивания;
2. слабым основанием под пробой и левой частью здания;
3. высоким УГВ и вымыванием грунта с образованием карстовых пустот;
4. изменение состава бетона;
5. разработка траншей или котлована в непосредственной близости от фундамента дома.

Исследования грунта и рельефа местности поможет выяснить причины разрушений. Это может также быть ошибочный расчет и монтаж дренажа, слишком близко находящиеся искусственные или естественные водоемы, насыпной грунт на участке, и т.д.

Основными считаются причины разрушения, связанные с неравномерными нагрузками на грунт под фундаментом, сезонные изменения в структуре грунта, или ошибочные расчеты при строительстве фундамента. Цементация основания методом инъекций в этих случаях – наиболее эффективная и простая технология ремонта, позволяющая восстановить основание полностью.

Перед проведение работ по усилению основания дома следует проконтролировать, расширяются ли дальше трещины на стенах. Делается это при помощи гипсовых маркеров или специальных мерных линеек. При увеличении трещин следует выяснить, не является ли это следствием усадки дома, чтобы не ошибиться в расчетах методов укрепления основания. Цементация сработает только тогда, когда все причины будут устранены.

Усиление фундаментов цементацией обновлено: Февраль 26, 2018 автором: zoomfund

Основание - часть массива грунта, воспринимающая нагрузки от здания или сооружения, которая залегает ниже подошвы фундамента и в стороны от него. От характеристик грунтового основания во многом зависит прочность фундамента и устойчивость всего здания. Различные деформации грунтовых оснований приводят к повреждениям фундамента и сказываются на техническом состоянии всех строительных элементов здания или сооружения.

Основными признаками, свидетельствующими о «неблагополучном» состоянии грунтового основания являются:

1. Деформации отдельных строительных конструкций и всего здания в целом (трещины, крены, перекосы и др.), произошедшие в процессе эксплуатации объекта либо вызванные внешним динамическим воздействием (вибрации от движения транспорта, проведение взрывных или строительных работ вблизи здания и др.).
2. Осадка грунтов вокруг строительного объекта, вызванная ошибками проектирования и строительства.
3. Размыв грунтового основания, вызванный авариями систем водоснабжения и канализации, либо повышением уровня грунтовых вод.
4. Нарушение наружного водоотвода.

Приведенные причины постепенно приводят к появлению в фундаменте трещин и нарушению устойчивости строительного объекта. Поэтому чтобы минимизировать угрозы разрушения здания или сооружения, необходимо провести обследование грунтового основания, усиление и защиту от воздействия грунтовых вод.

Задача

1. Планируете строительство нового здания на «слабых» или водонасыщенных грунтах.
2. Собираетесь провести реконструкцию существующего здания с увеличением полезной нагрузки.
3. В процессе эксплуатации здания были замечены недопустимые повреждения фундамента и других строительных конструкций, вызванные изменением уровня грунтовых вод
4. Под зданием произошла осадка грунта или рядом с вашим строительным объектом возводится новое здание, создающее дополнительную нагрузку на основание фундамента существующего.

Необходимо провести и, при необходимости, организовать его усиление и / или защиту от грунтовых вод.

Решение

Существует несколько десятков методов укрепления грунтового основания фундамента. Основные:

1. Силикатизация (укрепление грунтов путем нагнетания в них химического раствора)
2. Термическое закрепление (обжиг грунтов раскаленными газами)
3. Электрический и электрохимический методы
4. Механический способ (устройство грунтовых подушек, грунтовых свай)

Приведенные методы усиления грунтового основания фундамента являются достаточно эффективными, однако их реализация занимает длительное время, и ограничена узкой специализацией (так, электрический способ позволяет укреплять только влажный глинистый грунт, химический - подходит только для усиления лессовых и песчаных грунтов и др.).

Цементация - универсальный метод укрепления грунтового основания

Наиболее универсальной технологией усиления грунтового основания является инъектирование (цементация), позволяющее в кратчайшие сроки решить сразу несколько задач:

1. Повысить устойчивость и прочность любых грунтовых оснований ,
2. Увеличить несущую способность фундамента,
3. Существенно укрепить торфяные или илистые грунты в заболоченных областях

Цементация грунтовых оснований применяется при незначительных повреждениях фундамента и незначительном увеличении нагрузки на него.

Усиление буроинъекционными или вдавливаемыми сваями - оптимальное решение для существенного укрепление фундамента и грунтового основания

Применяется при:

1. Капитальном ремонте фундамента, находящегося в аварийном состоянии
2. При существенном увеличении нагрузки на фундамент (при реконструкции здания, надстройке дополнительных этажей и т.п.)

Данные способы позволяют существенно и быстро повысить прочность фундамента и несущую способность всего здания.

Устройство стены в грунте - капитальная защита фундамента от грунтовых вод

Фундамент любой постройки может подвергаться неблагоприятному воздействию грунтовых вод. Для защиты грунтового основания от размывания, применяются следующие методы:

1. устройство дренажей,
2. применение эжекторных иглофильтров,
3. вакуумный метод,
4. электроосмосный способ,
5. использование глубинных насосов и др.

Применение этих методов затрудняется длительных выполнением работ, большим количеством оборудования и высоким расходом электроэнергии.

Самым эффективным и надежным способом защиты грунтового основания от воздействия грунтовых вод является . Данный способ отличается высокой скоростью проведения строительных работ, не меняет размеры конструкции и не наносит вреда окружающей среде.

Выбор технологии укрепления грунтового основания зависит от результатов его обследования и может определяться только специалистом.

ООО «СДТ» - современные технологии усиления грунтов основания и защиты их от грунтовых вод

Компания ООО «СДТ» специализируется на инъекционных методах укрепления фундаментов и грунтовых оснований. За время работы специалистами компании успешно выполнено несколько десятков работ по усилению и восстановлению. Высококлассные специалисты, проверенные технологии и привлекательные цены позволяют ООО «СДТ» гарантировать быстрое и качественное выполнение работ по обследованию и укреплению грунтового основания фундамента.

Методы укрепления фундамента

ООО «СДТ» предлагает следующие способы укрепления грунта под фундаментом:

1. Инъецирование грунта (цементация). Применяется при необходимости закрепить «текучий» грунт и немного повысить несущую способность фундамента. Суть метода заключается в «замоноличивании» грунта путем введения в него специальных цементных составов через инъекционные отверстия.
2. Устройство буроинъекционных свай . Применяется при значительном возрастании нагрузки на фундамент. При данном методе в фундаменте и прилегающем к нему грунте бурятся скважины, и заливаются специальные железобетонные сваи.
3. Устройство вдавливаемых свай . Применяется при невозможности бурения по грунтовым условиям, по состоянию здания или по требованиям, исключающим шум и вибрацию. Проводится с помощью гидравлических сваевдавливающих машин и подходит для всех типов грунтов, за исключением скального.
4. Устройство стены в грунте . Применяется для защиты основания фундамента от грунтовых вод. Суть метода заключается в бурении в грунте инъекционных отверстий, в которые через пакеры вводится специальная смола. Смола быстро затвердевает, обеспечивая надежную защиту грунтового основания от воздействия грунтовых вод.

Стоимость, сроки, гарантия

Общая стоимость работ по укреплению грунта и защите фундамента от грунтовых вод рассчитывается индивидуально и зависит от объема работ и расхода строительных материалов. Для ориентира приведем минимальны цифры - работы по укреплению грунтового основания фундамента займут от 10 дней, минимальный заказ - от 100 квадратных метров, цена 1 квадратного метра - от 4 тыс. рублей .

На все виды работ ООО «СДТ» предоставляет гарантию сроком 5 лет .

Обращайтесь к профессионалам

Если Вам необходимо провести работы по усилению или защите основания фундамента от грунтовых вод, свяжитесь со специалистом компании и получите бесплатную квалифицированную консультацию.

Для повышения несущей способности оснований зданий и сооружений применяют различные способы укрепления грунтов: цементацию, силикатизацию, битумизацию, электрохимическую и термическую обработку. Временное искусственное замораживание применяется при разработке водонасыщенных фунтов в гидротехническом строительстве и метростроении.

Наиболее простыми и надежными способами укрепления грунтов являются цементация, силикатизация и электросиликатизация.

Силикатизация фунтов выполняется однорастворным (силикат натрия - жидкое стекло, алюминат натрия) или двухрастворным (жидкое стекло и хлористый кальций) составами, нагнетаемыми через инъекторы (перфорированные трубы диаметром 19...38 мм и длиной 1 м) под давлением 0,3...0,6 МПа (3...6 атм). Силикатизацией закрепляют мелкие и пылеватые пески, плывуны и лёсс. Радиус закрепления фунтов вокруг одного инъектора примерно 0,3... 1 м.

При электросиликатизации - пропускании через инъекторы (как электроды) постоянного тока - ускоряются в 4...20 раз темпы работ и повышается их качество. Особенно эффективен метод электросиликатизации для закрепления грунтов с коэффициентом фильтрации менее 0,1 м/сут.

Однорастворную силикатизацию применяют для грунтов при содержании солей кальция и магния более 0,6 мг-экв, при меньшем содержании этих солей в грунте необходимо использовать двухрастворный состав. При двухрастворном закреплении грунтов каждый из растворов последовательно нагнетается отдельным насосом (типа НС-3 или ручным ГН-200 и т. п.). Инъекторы забивают в фунт с помощью пневматических молотков или механических копров, а извлекают из грунта лебедкой, копром или домкратом грузоподъемностью 5... 10 т.

Цементация грунтов (преимущественно песчано-гравийных) производится инъекторами из стальных труб диаметром 25...75 мм, при этом изготавливают звенья длиной 1...1,5 м, которые соединяют муфтами по мере погружения труб в грунт. Обычно раствор готовят на цементах марки 400 при соотношении 0,8 (вода): 1 (цемент). Расход раствора составляет 0,2...0,4 мна 1 мукрепляемого грунта. После извлечения инъекторов из грунта скважину заливают цементным раствором. Возможно также использование цементно-глинопесчаных растворов: 1 (цемент): 1 (глина): 1 (песок): 4 (вода).

Свайные работы

Сваи применяют для передачи нагрузки от возводящихся зданий и сооружений нижележащим слоям грунта или для уплотнения грунта и увеличения его несущей способности как основания. К свайным работам также относят устройство шпунтовых ограждений при постройке водонепроницаемых перемычек, для защиты котлованов от грунтовых вод и удержания грунта от выпирания. По характеру работы сваи подразделяют на сваи-стойки , которые передают давление от зданий и сооружений на прочный грунт, расположенный под толщей слабого грунта, и висячие сваи , передающие нагрузку на окружающий грунт через трение о боковые стенки.

В плане сваи располагают полями - в несколько рядов или в шахматном порядке, кустами - группами из нескольких свай, рядами, сплошными шпунтовыми рядами. В грунт сваи забиваются вертикально (вертикальные сваи) и наклонно под некоторым углом (наклонные сваи). Верх свай срезают под один уровень и соединяют между собой ростверком, принимающим на себя нагрузку от зданий и сооружений, равномерно распределяя ее на сваи.

Размещение, тип, размер, глубина и способы погружения свай указываются в проектах. Сваи различают по способу изготовления, материалу, форме поперечного и продольного сечений и способу погружения (рис.3).

Рис.3. Виды свай:

а - деревянная,

б - железобетонная сплошного сечения,

в - железобетонная полая,

г - стальная винтовая,

д - набивная бетонная в процессе изготовления

2 - стальная труба,

3 - верх бетона

Деревянные сваи изготавливают из хвойных пород - сосны, кедра, лиственницы, иногда используется дуб. Нижний конец сваи заостряется на длину, равную 1,5...2 диаметрам бревна, и на него надевается стальной башмак, предохраняющий заостренный конец сваи от разрушения во время забивки. На верхний конец сваи надевается стальное кольцо - бугель, предохраняющий от раскалывания и размочаливания древесину сваи при ударах молотом. Деревянные сваи применяют длиной 4,5... 16 м с диаметром в тонком конце не менее 18 см.

Железобетонные сваи чаще всего бывают сплошные квадратного сечения 30 х 30 и 40 х 40 см, длиной 3...60 м с заостренным концом и стальным башмаком или обоймой (табл.5).

Таблица 5

Размеры железобетонных свай

Полые железобетонные сваи круглого сечения - сваи-оболочки диаметром 40...60 см состоят из звеньев длиной 4, 6, 8, 10, 12 м, которые на месте соединяют болтами или с помощью сварки. Нижние звенья имеют наконечник, а верхнюю часть сваи-оболочки заполняют бетоном.

Металлические сваи изготавливают из проката разного профиля - двутавра, швеллера, рельсов, а также из труб. Трубчатые стальные сваи используют диаметром 30...60 см, при необходимости заполняют бетоном, превращая их в трубобетонные сваи. Трубчатые металлические сваи в сравнении с железобетонными имеют преимущества - сравнительно небольшой вес (в 3 раза меньше при той же длине), большие жесткость и прочность, неограниченная глубина забивки (производят отдельными звеньями, соединяемыми муфтами или электросваркой). Винтовые сваи представляют собой металлические трубы диаметром до 1 м и железобетонные стволы сплошного сечения, снабженные винтовой полостью для завинчивания в грунт. По сравнению с другими видами свай они обладают большей несущей способностью, заменяя от 4 до 10 железобетонных свай.

Шпунт стальной, деревянный и железобетонный применяют для устройства ограждений стенок глубоких котлованов и перемычек, в гидротехническом строительстве, при сооружении набережных и причалов. Для соединения отдельных шпунтин и образования сплошной стенки на обеих кромках каждой шпунтовой сваи делают замки различной формы.

Стальной шпунт представляет собой пластины плоской, корытообразной и зетовой формы (табл.6) длиной 12...25 м (рис.4).

Деревянный шпунт применяется при глубине забивки не более 3 м, изготавливается из чисто обрезных досок толщиной не менее 4 см.

Железобетонный шпунт выполняют прямоугольного сечения с пазом и гребнем трапецеидальной или полукруглой формы.

Рис.4. Профили стальных шпунтов:

а - плоский ШП,

б - корытный ШК,

в - Ларсен (Л)

Набивные сваи делают в металлической оболочке - обсадной трубе или в предварительно пробуренные скважины с заполнением их бетоном. Иногда устанавливают металлический каркас и укладывают бетонную смесь или заполняют грунтом скважины, получая железобетонные и фунтовые сваи. Набивные сваи могут изготавливаться с уширенным основанием. При устройстве набивных свай устраняются сотрясения грунта, имеющиеся при забивке свай, поэтому такие сваи можно применять возле существующих сооружений и для усиления фундаментов. Недостаток набивных свай: при твердении уложенной бетонной смеси в присутствии грунтовых вод может снижаться прочность бетона; невозможность загружать набивные сваи непосредственно после изготовления.

Таблица 6

Стальной шпунт

Готовые сваи погружаются в грунт ударами молота по свае, вибрационным воздействием или вдавливанием. Выбор механизма для погружения свай зависит от типа свай, их веса, количества, сроков забивки и наличия средств механизации.

Перед забивкой свай и шпунтов или бурением скважин для набивных свай производится разбивка их расположений на местности, которая осуществляется геодезическими инструментами или простым провешиванием с применением вешек, рулеток, отвеса и обносок. На обноску выносят оси продольных и поперечных рядов свай и закрепляют их на обноске гвоздями или зарубками. По осям каждого ряда натягивают тонкую проволоку, образующую сетку осей свайного основания. Опуская отвес в местах пересечения проволоки, переносят на местность центры каждой сваи, в которые вбиваются колышки с надписью номера сваи.

Процесс забивки и погружения свай в грунт состоит из трех операций:

Перемещение копра или крана к месту забивки сваи,

Подъем и установка сваи,

Погружение сваи в грунт.

Забивка или вибропогружение сваи занимает 20...30% времени от всего цикла, а остальное время затрачивается на передвижку копра и установку сваи. Забивка свай ведется в определенной последовательности, устанавливаемой проектом производства работ.

В зависимости от свойств грунтов применяют следующие схемы забивки свай: рядовую, спиральную - от середины к периметру и секционную (рис.5).

Рядовая схема применяется в несвязных грунтах, сваи забивают последовательно в каждом ряду. Применение такой схемы в связных грунтах может вызвать неравномерное напряжение в грунте и осадку сооружения.

Рис.5. Последовательность забивки свай:

а - рядовая,

б - спиральная,

в - секционная

По спиральной схеме от середины к периметру ведут забивку свай в слабосжимаемых грунтах, при этом сваи средних рядов испытывают меньшее сопротивление, чем при забивке в первую очередь свай внешних рядов.

Секционная схема применяется при забивке свай в связных грунтах. Вначале забивают сваи в отдельных рядах секции с пропуском соседних рядов, затем в пропущенных рядах, чем достигается более равномерное нарушение структуры грунта на всей площади свайного поля. Для ускорения и облегчения погружения сваи (шпунта) в песчаных и гравелистых грунтах может применяться подмыв. К острию сваи с внешней стороны по двум-трем трубкам под напором подается вода, которая разрыхляет и насыщает водой грунт, и свая легче и быстрее погружается в него. Необходимый напор и расход воды, количество и диаметр подмывных труб зависят от вида грунта, поперечного сечения сваи и глубины погружения и должны указываться в проекте производства работ.

Ориентировочно для погружения сваи диаметром 40...50 см на глубину 8...16 м в илисто-глинистые грунты расходуется 900...1400 л воды в минуту. После прекращения подачи воды грунт уплотняется и хорошо обжимает сваю.

При наличии на территории строительства высоких грунтовых вод или заболоченных мест необходимо произвести водоотвод, водоотлив или водопонижение в зависимости от интенсивности притока воды. Водоотвод осуществляют системой открытых лотков или закладкой дренажа, укладывая на дно траншей и котлованов дренирующие материалы - песок, гравий, щебень, гальку и керамические или бетонные трубы диаметром 125...300 мм с зазорами в стыках.

Водоотлив применяют, когда в отрытых выемках приток воды мешает производству работ. Для отлива воды применяют насосы - центробежные, винтовые, диафрагмовые и поршневые. Наибольшее применение имеют насосы центробежные типа С-374, С-665, С-666 с подачей до 120 м/ч, высотой подъема 9...20 м и высотой всасывания 6 м при массе насосов 86...290 кг.

Водопонижение на глубину до 6 м можно осуществлять иглофильтровыми установками, которые состоят из ряда эжекторных иглофильтров, погружаемых в грунт. Иглофильтры объединяют водосборным коллектором, подсоединяемым к насосу. Водопонижение применяют при краткосрочных работах по укладке трубопроводов в траншеях и возведении фундаментов.

Цементацию грунтов применяют при проходке стволов шахт, усилении оснований фундаментов существующих зданий, для во-доподавления и создания защитной цементной оболочки в грунте вокруг обделки сооруженного тоннеля. Процесс заключается в нагнетании под давлением через пробуренные скважины цементных, цементно-глинистых или глинисто-цементных растворов, которые заполняют трещины, пустоты и поры в грунтовом массиве, что приводит к ликвидации или резкому сокращению водопритока. Наилучший эффект цементация дает в трещиноватых скальных грунтах, в валунно-галечниковых отложениях и гравелистых грунтах при скорости движения грунтовых вод до 300 м/сут и удельном во-допоглощении не менее 0,5 л/мин. Не поддаются цементации мелкозернистые пески, плывуны, глинистые грунты.

Различают два вида цементации: предварительную, осуществляемую до проходки выработки через скважины, пробуренные с поверхности или из забоя выработки, и последующую, выполняемую после проходки и закрепления выработки с целью заполнения оставшихся пустот.

При цементации с поверхности (рис. 90, а) скважины располагают на расстоянии 2-2,5 м от стены будущей выработки. Расстояние между скважинами 2-3 м.

Глубина цементационных скважин зависит от размеров зоны цементации. Скважины бурят и породы цементируют в несколько приемов (зонами), в пределах 10-15 м. После окончания цементации (через 1-3 сут) цементную пробку разбуривают и скважину углубляют для подготовки к цементации следующего участка.

При цементации пород из забоя (рис. 90, б) скважины располагают на расстоянии 0,5-1 м от крепи через 0,8-1,5 м одну от другой под углом.

Рис. 90. Схема цементации грунтов перед проходкой ствола шахты: а-с поверхности земли; б - из забоя ствола; 1 - контур ствола; 2 - цементационная скважина (заштрихована зона нагнетания уплотняющего слоя цементного раствора); 3 - растворомешалка; 4 - растворовасос; 5 - цементационный трубопровод; 6 - тампонная перемычка: 7 - обратный трубопровод (при циркуляционном способе нагнетания раствора)

Для приготовления цементационных растворов применяют растворосмесители, а нагнетание производят цементными растворонасосами. Применяют также передвижные (смонтированные на автомобилях) цементационные установки, оборудованные смесительными баками, гидравлическими цементомешалками, водяными и цементационными насосами.

Цементацию можно вести нисходящими заходками, когда бурение и нагнетание производят последовательно участками сверху вниз, и восходящими заходками, когда скважины бурят сразу на полную глубину, а раствор нагнетают с одновременным подъемом инъектора.

Очередность нагнетания раствора в скважины устанавливается проектом в зависимости от характера трещиноватости и водоносности пород. Цементацию заканчивают, когда удельное водопоглощение пород не превышает 0,05 л/мин на 1 м длины скважин.

Химическое закрепление грунтов

При строительстве метрополитенов химическими методами закрепляют грунты под фундаментами зданий и сооружений, расположенных вблизи трассы метрополитена, с целью защиты от возможных осадок при проходке тоннелей закрытым способом, а также для защиты подземных коммуникаций от просадок и в некоторых других случаях.

Процесс заключается в нагнетании в грунт под давлением (через систему инъекторов или скважин) водных растворов силиката натрия (жидкого стекла) с отвердителем или синтетической смолы с отвердителем. В первом случае процесс называют силикатизацией, во втором - смолизацией.

При силикатизации также широко используют цементно-силикатные и глиносиликатные растворы в смеси с отвердителями.

В качестве отвердителей можно применять хлористый кальций, ортофосфорную, кремнефтористоводородную или щавелевую кислоту, алюминат натрия.

При смолизации используются водные растворы карбамидных смол с кислотными отвердителями.

Вид, концентрацию и рецептуру растворов выбирают в зависимости от физико-механических свойств грунтов и гидрогеологических условий закрепляемого участка.

Силикатизацию (двух- и однорастворную) и смолизацию можно использовать как способ постоянного закрепления грунтов оснований зданий и сооружений на весь период их эксплуатации. Эти способы эффективные в песчаных грунтах и трещиноватых скальных породах с коэффициентом фильтрации от 0,5 до 80 м/сут.

При двухрастворной силикатизации производят поочередное нагнетание через инъекторы силиката натрия (жидкого стекла) и раствора отвердителя (хлористого кальция).

Рис. 91. Вертикальный инъектор для закрепления грунтов

При однорастворной силикатизации одновременно нагнетают гелеобразующую смесь из раствора силиката натрия с отвердителем. По этой же технологии нагнетаются цементно-сили-катные и глиносиликатные растворы, состоящие из смеси цемента или бентонитовых глин, силиката натрия.

В песчаных и других слабых грунтах инъекторы погружают в грунт ударами пневматических молотков или дизель-молотов копровых установок. В гравелистых, трещиноватых скальных грунтах инъекторы погружают в предварительно пробуренные скважины.

Инъектор для вертикального инъектирования (рис. 91) представляет собой колонну стальных бесшовных труб 3. Нижняя часть инъектора состоит из конического наконечника 5 и участка цельнотянутой трубы 4, по периметру которой просверлены отверстия диаметром 3 мм, расположенные в шахматном порядке. От засорения грунтом отверстия защищены резиновыми клапанами. Верхняя труба имеет штуцер 2 для присоединения к нагнетательному шлангу и съемный наголовник / для восприятия ударов при погружении.

При проведении работ из забоя тоннеля применяются горизонтальные инъекторы, состоящие из манжетных колонн и тампонов. Манжетная колонна состоит из звеньев, труб, которые наращивают по мере бурения колонны или ее углубления в скважину. На каждом звене расположены прорези’с отверстиями, прикрытыми резиновыми манжетами. Первое звено манжетной колонны имеет наконечник для заглубления в грунт.

Тампон представляет собой две соединенные друг с другом трубы, имеющие в средней части отверстия для выхода раствора, прикрытые резиновой манжетой, а на концах разжимные клапаны, которые регулируют проникновение раствора в строго ограниченную зону инъекционной манжетной колонны. Тампон закрепляют на трубе, по которой подается инъекционный раствор в зону между двумя клапанами.

Нагнетание химических растворов ведут заходками, обеспечивающими монолитность закрепления грунта. Так, закрепление грунта с помощью вертикальных инъекторов ведут сверху вниз заходками на длину перфорированной части инъектора. На каждой заходке нагнетают раствор, в результате чего вокруг инъектора образуется столбчатый участок закрепленной породы (рис. 92). Иногда применяют нагнетание восходящими заходками, при котором инъектор сразу забивают на полную глубину, а затем поднимают вверх по мере нагнетания отдельными заходками. Для сплошного закрепления массива грунта инъекторы располагают в плане рядами в шахматном порядке. Радиус зоны закрепления породы вокруг одного инъектора зависит от коэффициента фильтрации грунтов и колеблется в пределах от 30 до 100 см.

При закреплении грунта в процессе проходки тоннеля глубина заходки может колебаться в пределах от 5-8 до 25-30 м в зависимости от гидрогеологических условий участка и длины пробуриваемых скважин.

Расстояние между инъекторами в ряду, а также расстояния между рядами инъекторов принимают в полтора раза (или несколько больше) превышающими радиус зоны закрепления грунта от одного инъектора.

Бурение скважин или задавливание инъекторов ведут при наличии впереди забоя целика закрепленного грунта или бетонной стенки, в которой устанавливают кондукторы для бурения скважин, установки инъекторов и в случае необходимости запорной арматуры, для предотвращения выброса водоносного грунта.

Инъекцию раствора выполняют следующим образом. Манжетную колонну устанавливают сразу на всю длину пробуренной скважины. Тампон закрепляют на трубе, по которой подается раствор, и вдвигают ее в манжетную колонну до конца последней. По мере продвижения тампона на нужную длину трубу наращивают. Среднюю часть тампона с отверстиями устанавливают строго против отверстий в манжетной колонне в тех местах, где надо делать инъекцию. Этим обеспечивается быстрота и качество работ по закреплению грунтов.

В ряде случаев применяют прямое инъецирование в грунт через инъекторы без применения манжетных колонн. Технология таких работ заключается в последовательной обработке зоны неустойчивых грунтов заходками по 3-5 м в направлении от забоя в глубь горного массива (рис. 93). Работу начинают с бурения скважин, установки инъекторов и закрепления грунта на первой заходке у бетонной стенки. Затем повторяют те же операции на следующей заходке, пока вся зона не будет закреплена.

Рис. 92. Схема расположения инъекторов в массиве закрепляемого грунта: а - при одиночной инъекции; б - при закреплении на глубину двух заходок

Рис. 93. Схема химического закрепления грунта при проходке горизонтальной выработки: а - подготовка тоннеля к производству закрепления грунтов; б - бурение скважин для закрепления первого (начального) участка зоны неустойчивых грунтов; в - проходка тоннеля по первому участку закрепленных грунтов; г - выход тоннеля из зоны закрепленных неустойчивых грунтов; 1 - тоннель; 2 - оборудование для химического закрепления грунтов; 3 и 6 - зоны устойчивых грунтов; 4 - бетонная предохранительная стенка; 5 - зона неустойчивых грунтов; 7, S - первый и второй участки зоны неустойчивых грунтов, закрепленные химическим способом; 9 - проходческое оборудование

Способы нагнетания растворов. Технологию процесса двухрастворной силикатизации выбирают в зависимости от скорости движения подземных вод: чем больше скорость, тем быстрее должны вступить в химическую реакцию нагнетаемые растворы, чтобы не произошло их вымывание.

При последовательном способе инъектор забивают на глубину первой заходки, нагнетают жидкое стекло, затем забивают его на глубину второй заходки и снова нагнетают тот же раствор, повторяя процесс до требуемой глубины. После этого инъектор извлекают, забивают на полную глубину другой инъектор и, постепенно извлекая его, нагнетают раствор хлористого кальция. Этот способ применяют при скоростях потока воды менее 1 м/сут.

При способе нагнетания по заходкам на глубину каждой за-ходки поочередно забивают и извлекают инъектор для жидкого стекла и инъектор для хлористого кальция. Этот способ применим при скоростях потока от 1 до 3 м/сут.

При одновременном способе нагнетания на каждую заходку забивают два инъектора на расстоянии 15-20 см один от другого и одновременно нагнетают в инъектор жидкое стекло, в другой-раствор хлористого кальция. Этот способ целесообразно применять при скоростях потока более 3 м/сут.

Однорастворную силикатизацию применяют для закрепления мелкозернистых и пылеватых песков с коэффициентом фильтрации 0,5-2,0 м/сут. Гелеобразующую смесь готовят непосредственно перед нагнетанием путем смешивания в смесителе жидкого стекла с раствором отвердителей и сразу же с помощью насосов через инъектор нагнетают в грунт.

Смолизацию грунтов ведут по принципу однорастворной силикатизации. Рабочий раствор приготовляют непосредственно перед нагнетанием в такой последовательности: в отдельных баках готовят растворы смолы и отвердителя. Затем к раствору смолы добавляют отвердитель и после тщательного перемешивания смесь нагнетают в грунт через инъекторы. Время гелеобразования 1,5-4 ч.

При силикатизации и смолизации необходимо вести постоянный контроль качества исходных материалов и строго соблюдать подобранные лабораторным путем их количества при перемешивании. Качество выполненных работ проверяют путем забивки в разных местах контрольных инъекторов, через которые нагнетают воду для определения остаточного удельного водопоглощения закрепленных грунтов.