Глубинное уплотнение просадочных грунтов пробивкой скважин


Рис. 74. План расположения пробитых скважин а и разрез уплотненного массива б: 1 — скважины; 2 — уплотненная зона вокруг скважин.

Глубинное уплотнение просадочных грунтов пробивкой скважин грунтовыми сваями (рис. 74) заключается в том, что в уплотненном массиве устраиваются путем пробивки скважины с вытеснением грунта в стороны и созданием вокруг них уплотненных зон, которые затем засыпают местным лессовым грунтом с послойным уплотнением. При расположении скважин на определенных расстояниях (от 2,5 до 5 диаметров) получается массив уплотненного грунта, не обладающий просадочными свойствами и характеризующийся повышенными прочностными характеристиками и более низкой сжимаемостью. За счет частичного выпора грунта при пробивке скважин верхняя часть уплотненного массива, называемая буферным слоем, разуплотняется и перед закладкой фундаментов снимается или доуплотняется.
Скважины, заполненные уплотненным грунтом, ранее называли грунтовыми сваями, а сам метод «уплотнением грунтовыми сваями». Однако такое название метода условно, так как по существу и характеру работы под нагрузкой скважины, заполненные уплотненным грунтом, не имеют ничего общего со сваями.
В данной работе принято называть этот метод «уплотнением пробивкой скважин».
Метод глубинного уплотнения просадочных грунтов пробивкой скважин был предложен в начале 30-х годов и в дальнейшем разработан Ю. М. Абелевым. На первой стадии основания метода глубинное уплотнение просадочных грунтов осуществлялось путем забивки сваи-сердечника с инвентарным башмаком. Затем сердечник извлекали, а образовавшуюся скважину заполняли местным грунтом с послойным уплотнением. Диаметр пробивных скважин не превышал 30—35 см, расстояние между их центрами — 60—70 см. Данная технология глубинного уплотнения пробивкой скважин применялась до конца 40-х годов при строительстве в Никополе, Запорожье и др.
В дальнейшем была разработана и успешно применялась более рациональная по сравнению с первой технология глубинного уплотнения просадочных грунтов, основанная на использовании энергии взрывов для образования скважин. По этой технологии вначале пробивают скважины-шпуры диаметром 80—85 мм. В них опускают рассредоточенный заряд взрывчатого малобризантного вещества, состоящий из отдельных патронов весом 50 г и диаметром 40—45 мм из расчета 6—10 шт. на 1 м, соединенных детонирующим шнуром. В результате одновременного взрыва цепочки зарядов, опущенной в скважину-шпур, происходило расширение ее диаметра до 40—45 см. Энергия взрыва позволяла увеличить радиус зоны уплотнения до 45—55 см и повысить расстояние между осями скважин до 80—100 см.
Проходка скважин-шпуров выполнялась забивкой буровых штанг с наконечниками ударами или реже вибрацией от краев котлована к центру через одну.
Необходимый вес ВВ и количество патронов в пределах каждого литологического слоя грунта определяли на основе опытных взрывов и равномерно распределяли по высоте слоя. Заряд опускали по центру скважины-шпура непосредственно перед взрывом, где он должен был находиться в натянутом положении под действием собственного веса.


После взрыва и выхода газов производили промеры глубины скважины с целью определения высоты и завала осыпавшегося со стенок грунта. Образовавшийся завал высотой до 2 м уплотняют трамбовкой, используемой для уплотнения грунта при набивке скважин.
Полученные при помощи взрыва скважины заполняли местным лессовым грунтом отдельными порциями высотой 0,6—1 м с уплотнением каждой трамбовкой диаметром 300 мм и весом 350—450 кг до объемной массы скелета не менее 1,7 т/м3.
Начиная с 1963 г. применяется более прогрессивная технология глубинного уплотнения просадочных грунтов, основывающаяся на применении станков ударно-канатного бурения БС-1М для пробивки скважин и уплотнения грунта, засыпаемого в скважины. Станок ударно-канатного бурения позволяет использовать ударный снаряд весом 2,8—3,2 т, наконечники диаметром до 425 мм; обеспечивает 44—52 ударов в минуту с высоты 0,9—1,1 м при энергии одного удара около 3 тм, благодаря чему достигаются пробивка скважин диаметром 0,5—0,55 м и радиус уплотненной зоны 0,7—0,9 м.

Наконечник для глубинного уплотнения просадочных грунтов
Рис. 75. Наконечник для глубинного уплотнения просадочных грунтов: 2 — соединительная резьба; 2 — буровая штанга; 3 — оболочки; 4 — бетон.

Ударный снаряд, входящий в комплект станков ударно-канатного бурения, состоит из ударной штанги, наконечников в виде долот различной конструкции из канатного замка. Наконечники для устройства скважин изготавливают на месте с использованием изношенных долот, сохранивших резьбу. К ним приваривают оболочки необходимой формы из листовой стали, а пространство между долотом и оболочкой заливают цементным  раствором   (рис.  75).  Пробивают скважины путем сбрасывания ударного снаряда в одно и то же место без извлечения грунта. В процессе внедрения наконечника, благодаря его параболической форме, грунт, начиная с глубины 0,6—1,0 м, вытесняется в стороны с одновременным уплотнением окружающего грунта. После йроходки скважины ее засыпают местным лессовым грунтом оптимальной влажности отдельными порциями с уплотнением их тем же ударным снарядом.
Глубинное уплотнение просадочных грунтов пробивкой скважин станками ударно-канатного бурения широко применялось при строительстве промышленных зданий в Никополе, жилых и гражданских зданий в Тольятти, Ташкенте и успешно используется наряду с другими методами в Запорожье. Основным недостатком этого метода являлась высокая трудоемкость работ в связи с частным расположением пробивных скважин.

пробивка скважин на экскаваторе
Рис. 76. Схема оборудования для пробивки скважин на экскаваторе: 1 — упорная стойка; 2 — направляющая; 3 — пробивной снаряд.

В последние годы разрабатывается новая технология глубинного уплотнения, основанная на пробивке скважин диаметром 0,8—1,2 м с помощью навесного оборудования к крану-экскаватору. Навесное оборудование (рис. 76) включает упорную стойку с направляющей и пробивной снаряд. Пробивной снаряд выполнен в виде штанги с уширенным наконечником в форме «капли». Длина его 5,5 м, диаметр штанги 0,4—0,8 м, диаметр каплевидного уширения 0,6—1,0 м. Внутренняя полость снаряда заполняется бетоном с доведением веса снаряда до 3—5 т. Пробивной снаряд поднимается и сбрасывается внутри решетчатой направляющей. Направляющая снабжена стойкой, верхний конец которой крепится к стреле экскаватора, а нижний упирается в грунт через опорную плиту с шипами. Высота сбрасывания пробивного снаряда на начальном этапе пробивки 4—5 м, а затем может быть 8—10 м. Направляющая решетка не доходит до грунта на 1 м и снабжена в нижней части раструбом.
Увеличение энергии удара пробивного снаряда до 25—35 тм обеспечивает не только возможность пробивки скважин диаметром до 1,2 м, но и повышение диаметра уплотненной зоны до 2— 3 м, расстояния между скважинами до 1,8—2,5 м, а также возможность создания путем втрамбовывания жесткого материала отказа в дно пробитой скважины жесткого грунтового материала (щебня, гравия, песчано-гравийной смеси, шлака и подобного им материала) отдельными порциями высотой (0,8—1,2) d (d — диаметр скважины);
в нижней части массива формируется зона повышенной прочности путем заполнения скважин жестким грунтовым материалом отдельными порциями высотой (1,5—2) d и уплотнением его пробивным снарядом;
в верхней части создается уплотненная зона путем заполнения пробитых скважин местным глинистым грунтом и доуплотнением буферного слоя тяжелыми трамбовками.
Испытания нового оборудования в лессовидных супесях с объемной массой 1,52—1,54 т/м3 показали, что при диаметре капли 620 мм, весе пробивного снаряда 2,2 т, высоте сбрасывания 4— 6 м скорость пробивки в среднем 0,5—1 м/мин. На 1 м погружения пробивного снаряда требовалось 7—15 ударов. Скважины в сечении имеют форму, близкую к кругу, при максимальном диаметре 78—80 см и минимальном 72 см.
Исследования по втрамбовыванию в дно скважины щебня позволили установить, что образовавшиеся уширения при объеме
уширения в нижней части скважины. При увеличении диаметра пробитой скважины и соответственно уплотненной зоны резко сокращается (в 2— 4 раза) необходимое количество скважин и тем самым в 1,5—3 раза снижается трудоемкость работ по уплотнению грунта.
Особенность разрабатываемой технологии глубинного уплотнения пробивкой скважин диаметром 0,8—1,2 м состоит в том, что в соответствии с суммарной эпюрой распределения по глубине давлений от нагрузки фундамента, собственного веса грунта и сил нагружающего трения:
в основании уплотненного массива   создается   несущий слой путем втрамбовывания до
втрамбованного щебня 0,50—1 м3 и более имеют форму шара, а при меньших — форму, близкую к эллипсоиду вращения, вытянутому в вертикальном направлении. Размеры получаемых уширений определяются объемом втрамбованного щебня. Так, при втрамбовывании 0,25; 0,9; 1,1 и 2,35 м3 щебня диаметры уширений составили соответственно 0,67; 1,15; 1,20 и 1,7 м.
В результате втрамбовывания щебня вокруг уширения создается зона уплотненного грунта с объемной массой скелета не менее 1,6 т/м3 на расстоянии 0,6—0,8 м в стороны и в глубину от уширения, а на границе со щебнем 1,8—1,95 т/м3. По данным исследований, зона уплотненного грунта с устраненными просадочными свойствами при объеме втрамбованного щебня 2,35 м3 имела форму шара с диаметром около 3,5 м.
В просадочных грунтах, характеризующихся повышенной прочностью, вследствие их низкой влажности или высокой степени плотности пробивка скважин диаметром 0,8—1,0 м может оказаться затруднительной. Поэтому наряду с изложенным дальнейшее развитие метода глубинного уплотнения просадочных грунтов осуществляется по пути разработки новой технологии с использованием энергии взрывов для образования скважин диаметром 0,6—1,0 м и уширенных оснований диаметром 1,2—1,5 м удлиненным камуфлетным взрывом. Доуплотнение грунта завала после взрыва и отсыпаемого в скважину грунтового материала в этом, случае выполняется по аналогии с описанным выше трамбующим снарядом на базе крана экскаватора.
Основной недостаток применявшейся ранее технологии глубинного уплотнения с расширением скважин взрывом состоял в том, что при увеличении диаметра скважин более 0>4—0,45 м, возрастала высота завала их до 3—5 м, доуплотнить который используемыми в то время трамбовками весом 0,35—0,45 т не представлялось возможным. В разрабатываемой новой технологии глубинного уплотнения применение трамбовок весом 3,5— 5 т и энергией одного удара до 30 тм обеспечивает доуплотнение рыхлых насыпных грунтов в завалах практически при любой их высоте.

  • Эффективность применения метода
  • Проектирование уплотненных массивов
  • Производство работ и опыт применения глубинного уплотнения
  • Особенность метода устранения просадок грунтов армированием толщ элементами повышенной прочности

  • Основания и фундаменты



    © Stroitelstvo-New.ru 2006-2015 Копирование без прямой ссылки запрещено | Политика конфиденциальности | Написать администратору |