Производство работ и опыт применения глубинного уплотнения

Производство работ по глубинному уплотнению просадочных грунтов пробивкой скважин включает подготовку котлована для уплотнения, пробивку скважин, заполнение скважин грунтовым материалом и пооперационный контроль качества выполненных работ.

Котлованы для глубинного уплотнения пробивкой скважин отрывают по всей площади здания или отдельными участками с учетом последующего снятия или доуплотнения буферного слоя. Во всех случаях должен полностью срезаться почвенно-растительный слой грунта, содержащий более 0,05 органических остатков.

Пробивают скважины при вертикальном положении мачты и, как правило, при природной влажности грунтов. При влажности грунтов значительно ниже оптимальной пробивку скважин выполняют с подливкой воды. При наличии переувлажненных грунтов для проходки скважин принимают ударный снаряд с наконечником меньшего диаметра, равным 325—375 мм с соответствующим уменьшением расстояния между скважинами. Если переувлажненный грунт залегает линзами, непосредственно с поверхности заменяют его грунтом оптимальной влажности и пробивают скважины через насыпной слой. При этом перед устройством фундаментов верхнюю часть уплотненного грунта доуплотняют тяжелыми трамбовками на глубину не менее 2 м.

Скважины пробивают через одну. Пропущенные скважины пробивают после полного заполнения предыдущих грунтовым материалом. При глубинном уплотнении станки ударно-канатного бурения работают попарно с таким расчетом, что один станок пробивает скважины, а другой уплотняет засыпаемый в них грунтовый материал.

При необходимости повышения прочности нижней части уплотненного массива и создания под ним более прочного основания повышенной несущей способности в дно пробитой скважины втрамбовывается жесткий грунтовый материал (щебень, гравий, песчано-гравийная смесь, крупный песок и т. п.). Жесткий грунтовый, материал для создания основания повышенной прочности отсыпается отдельными слоями высотой 0,8—1,2 d (d — диаметр скважины) и втрамбовывается до отказа, т. е. когда понижение дна скважины за 25 ударов не превышает 2 см. В нижнюю часть уплотненного массива жесткий грунтовый материал отсыпается слоями толщиной 1,5—2 d и уплотняется 25—30 ударами трамбовки, т. е. в течении 0,5 мин.

Засыпка верхней части скважины, а также по всей их глубине в случае применения обычного глубинного уплотнения, выполняется местным лессовым или глинистым грунтом с влажностью, близкой к оптимальной. Отклонение влажности засыпаемого в скважины глинистого грунта от оптимальной допускается не более чем на +0,02 и —0,06.

Для засыпки грунтового материала в скважины используют малогабаритные бульдозеры типа ДТ-54, оборудованные специальными совками-дозаторами емкостью 0,25—0,3 м³. Грунтовый материал в скважины засыпают при поднятом ударном снаряде.

В процессе производства работ по глубинному уплотнению просадочных грунтов пробивкой скважин осуществляется пооперационный контроль за качеством выполненных работ. При контроле качества работ по пробивке скважин проверяется их диаметр, глубина и расстояние между скважинами по верху. Если расстояния между скважинами превышают заданные в проекте более чем на 20—25%, проходят дополнительные скважины наконечником диаметром 210—250 мм. При набивке скважин грунтовым материалом контролируют объем грунта в каждой отсыпаемой порции по количеству засыпок совком-дозатором и полноте его заполнения, влажность отсыпаемого глинистого грунта» однородность его состава на основе визуального осмотра, количество ударов трамбующего снаряда для уплотнения каждой порции грунта по времени трамбования, которое должно быть не менее 0,5 мин. В необходимых случаях после завершения работ определяют объемную массу скелета и влажность уплотненного грунта путем проходки шурфов или радиометрических скважин.

Глубинное уплотнение просадочных грунтов пробивкой скважин широко применяется при строительстве тяжелых промышленных, гражданских и жилых зданий на площадках со II типом грунтовых условий по просадочности. Особенности его применения на всех этапах состояли в том, что:
из-за отсутствия других достаточно отработанных и экономичных методов детальное изучение, проверка, отработка различных технологий производства работ выполнялись в основном в процессе и после осуществления глубинного уплотнения;
при проектировании и выполнении работ по глубинному уплотнению не достаточно учитывались закономерности деформаций просадочных грунтов от нагрузки фундаментов и, главным образом, от собственного веса грунта, взаимодействие уплотненных массивов с окружающим просадочным грунтом, так как они в тот период не были известны и достаточно изучены;
на площадках применения глубинного уплотнения инженерно-геологические изыскания выполнялись с недостаточной полнотой и обычно занижались величины просадочной толщи грунтов.

В связи с этим опыт применения глубинного уплотнения противоречив, наряду с положительными результатами в большинстве случаев наблюдались случаи повышенных осадок фундаментов и деформации в конструкциях зданий и сооружений. На основе этого делали необоснованные выводы о недостаточной надежности метода глубинного уплотнения просадочных грунтов.

Анализ обширного опыта применения глубинного уплотнения просадочных грунтов показывает, что основной причиной появления повышенных осадок фундаментов и деформаций в конструкциях зданий и сооружений является то, что при проектировании уплотненных массивов не учитывали дополнительные нагрузки на них от сил нагружающего трения, возникающих при просадках окружающих грунтов от их собственного веса. В связи с этим до середины 70-х годов глубинное уплотнение выполняли не на всю просадочную толщу, а лишь в пределах ее верхней части, равной 0,6—0,7 Нпр .К тому же глубина просадочной толщи до начала 60-х годов снизу ограничивалась горизонтом, на котором относительная просадочность была менее 0,02, вследствие чего глубина уплотнения часто не превышала 0,5—0,6 от фактической просадочной толщи.

Одновременно с этим размеры уплотненных массивов до середины 70-х годов назначались только исходя из условия восприятия ими дополнительных нагрузок от фундаментов зданий. При воздействии на уплотненные массивы сил нагружающего трения размеры их в большинстве случаев оказались недостаточными для восприятия дополнительных нагрузок. Если с учетом сил нагружающего трения минимальная ширина уплотненного массива по руководству  и СНиП II-15-74 должна быть не менее 0,5 Нпр, то ранее она принималась фактически 0,17 Hпр , т. е. в 3 раза меньшей.

Неучет дополнительных нагрузок от сил нагружающего трения также отражался на назначении степени плотности в уплотненном массиве. В соответствии с суммарной эпюрой распределения вертикальных сжимающих давлений по глубине среднее значение объемной массы скелета грунта в верхней части уплотненного массива должна быть не менее 1,65 т/м³, в нижней — 1,7 т/м³. По действовавшим ранее требованиям и рекомендациям нормативных документов объемная масса скелета уплотненного грунта принималась равной 1,6—1,65 т/м³, в нижней части 1,6 т/м³.

В отдельных случаях, особенно на первых этапах применения глубинного уплотнения, повышенные осадки фундаментов происходили вследствие недостатков в технологии производства работ. На основе выполненных исследований в лессовых супесях и суглинках с числом пластичности 1р <0,12 толщина буферного слоя была установлена равной 2,5—3,0 d. Однако фактически для суглинков она оказалась равной 4т—5 d, в связи с чем в отдельных случаях буферный слой снимали неполностью и фундаменты возводились на частично разрыхленном грунте.

При ранее применявшейся технологии глубинного уплотнения с расширением скважин взрывом неизбежно происходил завал грунта в скважинах, который при влажности ниже оптимальной доходил до 3—5 м. Использовавшиеся в то время трамбовки весом 0,35—0,45 т не обеспечивали уплотнение грунтов в завалах на всю высоту, вследствие чего в нижней части скважин оставался рыхлый насыпной грунт.

В процессе глубинного уплотнения не всегда выполнялась дозировка засыпаемого грунта в скважины. При малом объеме грунта в одной порции (0,08—0,12 м³) и применении для засыпки бульдозеров фактические объемы порций грунта, засыпаемого в скважины, превышали необходимые в 1,5—2 раза. В связи с этим в скважинах образовывались слои недостаточно уплотненного грунта.

Все имевшие ранее место недостатки в технологии производства и причины, вызывающие повышение осадки фундаментов на уплотненных массивах пробивкой скважин, учтены при подготовке СНиП II-15-74 , III-9-74  и руководств к ним. Поэтому применение глубинного уплотнения пробивкой скважин в соответствии с указанными нормативными документами исключает повышение осадки фундаментов и полностью обеспечивает нормальную эксплуатацию зданий.