Для чего применяются песчаные сваи
Для чего применяются песчаные сваи
Один из распространенных способов глубинного уплотнения просадочных и макропористых лёссовых грунтов при помощи грунтовых набивных свай разработан Ю. М. Абелевым.
Этот способ целесообразно применять для маловлажных и очень влажных грунтов (степень влажности 0,8), с толщиной слоя макропористого просадочного грунта в основании от 5 до 18 м. При большей толщине слоя целесообразность уплотнения устанавливается на основе опытных работ.
Метод основан на том, что при механическом трамбовании природная макропористая структура полностью разрушается и уплотненный грунт теряет просадочные свойства. Одновременно вследствие вытеснения грунта в стороны при проходке скважины и набивке ее грунтом происходит уплотнение грунта вокруг сваи.
Скважины, заполненные уплотненным грунтом, условно называют грунтовыми сваями.
С учетом этого в проекте устанавливаются диаметр скважин и соответствующие расстояния между ними.
Рабочий проект глубинного уплотнения грунта состоит из плана свайного поля с указанием отметок заложения фундамента, свай и рабочего горизонта; геологической характеристики участка; объемов грунта на уплотняемое основание (в т) и задания по достижению объемного веса скелета грунта в теле сваи и уплотняемом массиве.
Перед разбивкой сетки расположения скважин по результатам устройства пробных свай отбирают пробы грунта и вносят необходимые коррективы для достижения проектной плотности грунта.
Скважины образуют бурением, пробивкой лидером или при помощи взрывов цепных зарядов с предварительным устройством шпуров.
Для получения скважин применяют станки ударно-канатного бурения,- БС-1 (рис. 16.5 и табл. 16.3) или другой станочный механизм, позволяющий работать со снарядом весом не менее 3 Т.
Таблица 16.3 Техническая характеристика станка типа БС-1
Сначала скважины пробивают через одну и после набивки их грунтом образуют пропущенные.
При выполнении работ необходимо установить контроль за точным соблюдением расположения свай в плане и за соответствием диаметров кондуктора и наконечника.
Количество патронов на 1 м шпура определяют с учетом глинистости грунта, характеризуемой числом пластичности, и уточняют опытными взрывами. На 1 м скважины требуется от 5 до 10 патронов.
Патроны размещают равномерно в пределах каждого однородного слоя, прикрепляя их к шпагату или вязальной проволоке. Цепочку зарядов фиксируют строго по центру скважины (рис. 16.7).
Рис. 16.7. Опускание цепного заряда в скважину
Взрыв производится при помощи детонирующего шнура. В результате взрыва получается цилиндрическая скважина, со стенками, имеющими гофрированную поверхность, вокруг которой образуется зона уплотненного грунта. Качественное выполнение скважины взрывным методом возможно лишь при оптимальной влажности грунта. При меньшей влажности переуплотненный грунт может отслоиться от стенки скважины, если же природная влажность грунта меньше оптимальной, необходимо искусственно увлажнить его. В этом случае нужно определить природную влажность грунта и рассчитать потребное количество воды.
Грунт укладывают в скважины послойно дозами из расчета заполнения скважины за один раз рыхлым материалом на высоту, равную 2,5 ее диаметра.
Уплотнение засыпаемого материала производят только станками ударно-канатного бурения, позволяющими работать со снарядом весом не менее 1 Т.
Грунтовыми материалами могут служить супеси и суглинки, имеющие влажность в пределах от 2 до 6% от оптимальной.
Качество уплотнения контролируется лабораторией строительной организации.
Акт на скрытые работы по глубинному уплотнению составляют после осмотра котлована, отрытого до отметки заложения фундамента, представителями организации, выполняющей уплотнение, генподрядчика, заказчика и авторского надзора.
Песчаные буронабивные сваи
Одной из наиболее перспективных свайных технологий на сегодняшний день является устройство песчаных свай в геосинтетической оболочке. Данная технология позволяет возводить насыпи автомобильных и железных дорог, грунтовые платформы и площадки (в том числе в гидротехническом строительстве и портовых сооружениях) на слабых и очень слабых основаниях, в том числе обводнённых.
Применение такого рода свай в оболочке из геоматериала особенное эффективно в грунтах, обладающих структурной прочностью, т.к. позволяет ограничить напряжение в грунте величиной структурной прочности, резко уменьшить осадку и повысить устойчивость основания насыпи. При определенном расстоянии между песчаными сваями (порядка трех-четырех метров), сваи образуют сплошной массив армированного уплотненного грунта. Улучшение прочностных и деформационных характеристик грунта в теле сваи и зоне уплотнения приводит к увеличению несущей способности основания, что позволяет передать на модифицированные грунтовые основания большие удельные нагрузки.
Геооболочки производятся из полимерных волокон. В песчаной свае они играют не только роль разделяющей прослойки между грунтом основания и минеральным заполнителем сваи, но и выполняют армирующую функцию. При заполнении дренирующим грунтом сваи одновременно выполняют функцию вертикальных дрен. В конечном счете, нагрузка передаётся на нижележащий несущий слой грунтового основания.
В зависимости от несущей способности грунтов основания, текстильно-песчаные сваи могут быть установлены, как способом вибропогружения обсадной трубы, так и способом выемки, с помощью шнека, грунта основания под обсадную трубу.
Метод применения песчаных свай относительно дешев, прост в осуществлении, не требует сложного оборудования. Этот метод может применяться везде, где есть песок. При этом качественные требования к песку могут быть довольно ограниченными.
Для чего применяются песчаные сваи
Методы расчета песчаных свай были впервые предложены Г. Л. Медведевым и Ю. М. Абелевым. Однако несовершенство технологии устройства этих свай, а также недостаточно разработанные методы расчета затормозили их применение в СССР практически до 1951 г.
В 1950-1956 гг. в Прибалтике под руководством Ю. М. Абелева и Е. В. Светинского песчаные сваи были устроены в основаниях четырех жилых зданий, железнодорожной эстакады и нескольких промышленных объектов. Как показало технико-экономическое сравнение, уплотнение слабых глинистых грунтов песчаными сваями оказывается более выгодным методом по сравнению с уплотнением оснований жесткими железобетонными висячими сваями. Технико-экономические показатели упрочнения оснований песчаными и жесткими сваями приведены в табл. III.1, составленной Е. В. Светинским.
Сущность метода уплотнения грунтов песчаными сваями заключается в следующем. При забивке в грунт металлической трубы с закрытым концом или железобетонной сваи вокруг них возникает зона уплотненного грунта за счет его смещения из участка образования сваи в окружающую область. Как показали исследования, при забивке сваи диаметром 40-50 см, вокруг нее образуется зона уплотненного грунта на расстоянии до полутора метра от центра сваи.
Принцип работы песчаной сваи отличается от принципа работы висячей железобетонной сваи, вокруг которой тоже возникает уплотненная зона. Разница состоит в том, что после приложения нагрузки к основанию практически вся она воспринимается железобетонными сваями, так как модуль деформации железобетонной сваи (200 000 кгс/см 2 ) во много раз превышает модуль общей деформации уплотняемых грунтов (30-50 кгс/см 2 ), и передается грунтам через нижние концы свай. Модуль деформации материала песчаной сваи (100-150 кгс/см 2 ) ненамного отличается от модуля общей деформации окружающих песчаную сваю грунтов. Поэтому песчаная свая воспринимает нагрузку вместе с окружающим ее уплотненным грунтом. Иными словами, фундамент, расположенный на основании, уплотненном песчаными сваями, следует рассчитывать как фундамент на естественном основании, но в качестве модуля общей деформации основания принять модуль грунта после его уплотнения.
Следует отметить, что при забивке в водонасыщенные глинистые грунты железобетонной сваи в поровой воде вокруг нее также возникают большие давления. Однако в этом случае поровая вода может либо перемещаться по контактной поверхности со сваей, либо отжиматься в противоположном от сваи направлении. Очевидно, что при устройстве песчаных свай уплотнение водонасыщенных глинистых грунтов происходит значительно быстрее, чем при забивке свай железобетонных.
После устройства вертикальных песчаных свай модуль общей деформации грунта увеличивается. Так, после устройства песчаных свай для жилых зданий в Риге модуль деформации слабых водонасыщенных грунтов увеличился в 3-4 раза (см. рис. III.12). Как правило, модуль общей деформации грунтов после устройства песчаных свай равен модулю общей деформации грунтов, уплотненных в компрессионном приборе до пористости, равной пористости грунта (среднее значение) между сваями.
Производство работ по глубинному уплотнению слабых водонасыщенных глинистых грунтов песчаными сваями осуществляется следующим образом. На площадке, где предполагается устроить песчаные сваи, отсыпают песчаную подушку толщиной 0,5-0,7 м для беспрепятственного прохода механизмов, с помощью которых устраивают сваи (экскаватор или копер, самосвалы, перевозящие песок, погрузчик и т.п.).
Песчаные сваи устраивают тем же практическим способом, что и вертикальные песчаные дрены. Разница заключается лишь в необходимости очень тщательного уплотнения песка в теле сваи.
В СССР наиболее часто песок в теле сваи уплотняют по методу «свая в сваю», т. е. после того, как песчаная свая будет устроена и труба с самораскрывающимся башмаком извлечена из грунта, створки башмака снова закрывают, надевают кольцо на низ башмака, и трубу снова погружают в тело уже устроенной сваи. Обычно считается удовлетворительным, если при повторном погружении трубы ее удается опустить до глубины, составляющей 0,8 длины песчаной сваи. Затем в трубу снова порциями засыпают песок и извлекают ее из грунта. Этот метод позволяет прекрасно уплотнять слабые водонасыщенные глинистые грунты, так как диаметр песчаных свай вместо 40-50 см получается фактически равным 60-70 см. Кроме того, этот способ дает гарантию непрерывности сваи по всей ее длине. Над песчаными сваями устраивают песчаную подушку толщиной 50 см (даже в том случае, если она не требуется для производства работ).
Обычно при забивке трубы с закрытым концом из соседней (уже изготовленной) песчаной сваи вода часто фонтанирует. Поэтому, чтобы частицы грунта не выносились с водой, для заполнения свай должен использоваться песок средне- или крупнозернистый, содержание пылеватых и глинистых частиц в песке не должно превышать 10%, а только глинистых частиц не более 3%.
Сваи устраивают от периметра к центру. При необходимости большого количества свай их устраивают рядами, т. е. первоначально нечетные ряды, а затем четные. В зимних условиях необходимы меры, исключающие смерзание песка в комья.
Устройство песчаных свай
Песчаные сваи применяются для глубинного уплотнения сильносжимаемых глинистых грунтов, заторфованных грунтов, рыхлых и слабых водонасыщенных мелких и пылеватых песков, в том числе с прослойками и линзами супесей, суглинков, глин и илов (Мангушев Р.А. [4]).
Эти сваи не являются прочным несущим элементом, а применяются для уплотнения и улучшения строительных свойств слабых водонасыщенных грунтов, когда применение других методов, в том числе железобетонных свай, является неэффективным или неэкономичным.
При устройстве песчаных или грунтовых свай их сжимаемость незначительно отличается от сжимаемости уплотненного окружающего грунта. Поэтому песчаная свая (столб) воспринимает нагрузку совместно с окружающим его уплотненным грунтом, т.е. создается уплотненное основание со средним модулем деформации, значительно превышающим модуль деформации неуплотненного грунта. Особенность работы песчаных свай заключается также в том, что они работают и как дрены, отводя поровую воду из водонасыщенных грунтов на поверхность. В связи с дренирующими свойствами песчаных свай даже слабые водонасыщенные глинистые грунты быстро упрочняются в основании.
Технология устройства песчаных свай включает погружение в слабый грунт инвентарной металлической трубы диаметром
d = 0,325-0,5 м, снабженной раскрывающимся наконечником с помощью вибропогружателей или вибромолотов (рис. 3.21).
В процессе погружения трубы грунт вокруг образовавшейся полости уплотняется (диаметром до 1,5 м), затем в трубу порциями засыпается крупный или среднезернистый песок и труба постепенно извлекается (при этом происходит раскрытие наконечника) из грунта до полного заполнения ствола сваи [2, 9, 18]. При формировании зоны уплотнения в массиве грунта вокруг свай повышается давление в поровой воде, что значительно ускоряет процесс фильтрации воды к песчаным сваям и способствует уплотнению грунтов вокруг них.
Устройство этих свай позволяет в 1,5-2 раза повысить значения угла внутреннего трения φ и удельного сцепления сслабого грунта, а также более чем в 2 раза модуля деформации грунта Е.
 | |
Рис. 3.21. Оборудование (а), план и разрез (б) расположения
песчаных свай:
1 – кран-экскаватор; 2 – вибропогружатель; 3 – приемное отверстие;
4 – инвентарная труба; 5 – раскрывающийся наконечник;
6 – полость скважины; 7 – уплотненная зона
Песчаные сваи в плане размещают в шахматном порядке на вершине равностороннего треугольника из условия, чтобы плотность грунта в межсвайном пространстве достигла проектного значения во всем уплотняемом массиве (см. рис. 3.21). Поверх массива из песчаных свай обычно устраивается уплотненная песчаная подушка толщиной h = 0,5-1,0 м, которая служит для равномерного распределения давления от возводимого сооружения на уплотненный массив, а также ускорения фильтрации и отвода отжимаемого из массива грунта поровой воды за пределы площадки строительства. К недостаткам песчаных свай относятся использование специального оборудования, определенные сложности при исследовании качества уплотнения массива грунта и самой сваи, быстрая кольматация стенок скважин и ухудшение условий работы этих свай.
Дата добавления: 2015-10-09 ; просмотров: 3167 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Для чего применяются песчаные сваи?
Для чего применяются песчаные сваи?
Песчаные сваи впервые стали применяться для уплотнения грунтов еще в XIX в. Однако их применение носило опытный характер. Песчаные сваи устраивали только в основаниях под одноэтажные здания, а качество уплотнения грунтов песчаными сваями не было оценено объективно. По данным А. А. Эрлиха, песчаные сваи в СССР были применены впервые при строительстве здания холодильника в Днепропетровске, а в 1932-1933 гг. — для уплотнения основания лесохимического комбината. Эти сваи имели длину 5 м и диаметр 25 см. В 1932 г. С. А. Шашков составил временную инструкцию на производство работ по изготовлению песчаных свай.
Методы расчета песчаных свай были впервые предложены Г. Л. Медведевым и Ю. М. Абелевым. Однако несовершенство технологии устройства этих свай, а также недостаточно разработанные методы расчета затормозили их применение в СССР практически до 1951 г.
В 1950-1956 гг. в Прибалтике под руководством Ю. М. Абелева и Е. В. Светинского песчаные сваи были устроены в основаниях четырех жилых зданий, железнодорожной эстакады и нескольких промышленных объектов. Как показало технико-экономическое сравнение, уплотнение слабых глинистых грунтов песчаными сваями оказывается более выгодным методом по сравнению с уплотнением оснований жесткими железобетонными висячими сваями. Технико-экономические показатели упрочнения оснований песчаными и жесткими сваями приведены в табл. III.1, составленной Е. В. Светинским.
Сущность метода уплотнения грунтов песчаными сваями заключается в следующем. При забивке в грунт металлической трубы с закрытым концом или железобетонной сваи вокруг них возникает зона уплотненного грунта за счет его смещения из участка образования сваи в окружающую область. Как показали исследования, при забивке сваи диаметром 40-50 см, вокруг нее образуется зона уплотненного грунта на расстоянии до полутора метра от центра сваи.
По существу песчаная свая — это песчаная дрена, только с уплотненной зоной вокруг нее.
Принцип работы песчаной сваи отличается от принципа работы висячей железобетонной сваи, вокруг которой тоже возникает уплотненная зона. Разница состоит в том, что после приложения нагрузки к основанию практически вся она воспринимается железобетонными сваями, так как модуль деформации железобетонной сваи (200 000 кгс/см 2 ) во много раз превышает модуль общей деформации уплотняемых грунтов (30-50 кгс/см 2 ), и передается грунтам через нижние концы свай. Модуль деформации материала песчаной сваи (100-150 кгс/см 2 ) ненамного отличается от модуля общей деформации окружающих песчаную сваю грунтов. Поэтому песчаная свая воспринимает нагрузку вместе с окружающим ее уплотненным грунтом. Иными словами, фундамент, расположенный на основании, уплотненном песчаными сваями, следует рассчитывать как фундамент на естественном основании, но в качестве модуля общей деформации основания принять модуль грунта после его уплотнения.
Чтобы ускорить консолидацию слабых водонасыщенных глинистых грунтов при помощи вертикальных дрен, необходимо, как было сказано выше, обжать грунты пригрузочной насыпью — отжать поровую воду. При устройстве песчаных свай пригрузочной насыпи не требуется. После забивки металлической трубы в грунт в уплотненной зоне возникают большие напряжения (на контакте напряжения достигают 8 кгс/см 2 ). Они воспринимаются поровой водой, в ней возникает избыточное давление, под действием которого вода перемещается в песчаную сваю.
Следует отметить, что при забивке в водонасыщенные глинистые грунты железобетонной сваи в поровой воде вокруг нее также возникают большие давления. Однако в этом случае поровая вода может либо перемещаться по контактной поверхности со сваей, либо отжиматься в противоположном от сваи направлении. Очевидно, что при устройстве песчаных свай уплотнение водонасыщенных глинистых грунтов происходит значительно быстрее, чем при забивке свай железобетонных.
После устройства вертикальных песчаных свай модуль общей деформации грунта увеличивается. Так, после устройства песчаных свай для жилых зданий в Риге модуль деформации слабых водонасыщенных грунтов увеличился в 3-4 раза (см. рис. III.12). Как правило, модуль общей деформации грунтов после устройства песчаных свай равен модулю общей деформации грунтов, уплотненных в компрессионном приборе до пористости, равной пористости грунта (среднее значение) между сваями.
Производство работ по глубинному уплотнению слабых водонасыщенных глинистых грунтов песчаными сваями осуществляется следующим образом. На площадке, где предполагается устроить песчаные сваи, отсыпают песчаную подушку толщиной 0,5-0,7 м для беспрепятственного прохода механизмов, с помощью которых устраивают сваи (экскаватор или копер, самосвалы, перевозящие песок, погрузчик и т.п.).
Рис. III.12 Изменение сжимаемости грунтов основания после устройства песчаных свай
1 — уплотненный грунт; 2 — неуплотненный грунт
Песчаные сваи устраивают тем же практическим способом, что и вертикальные песчаные дрены. Разница заключается лишь в необходимости очень тщательного уплотнения песка в теле сваи.
В СССР наиболее часто песок в теле сваи уплотняют по методу «свая в сваю», т. е. после того, как песчаная свая будет устроена и труба с самораскрывающимся башмаком извлечена из грунта, створки башмака снова закрывают, надевают кольцо на низ башмака, и трубу снова погружают в тело уже устроенной сваи. Обычно считается удовлетворительным, если при повторном погружении трубы ее удается опустить до глубины, составляющей 0,8 длины песчаной сваи. Затем в трубу снова порциями засыпают песок и извлекают ее из грунта. Этот метод позволяет прекрасно уплотнять слабые водонасыщенные глинистые грунты, так как диаметр песчаных свай вместо 40-50 см получается фактически равным 60-70 см. Кроме того, этот способ дает гарантию непрерывности сваи по всей ее длине. Над песчаными сваями устраивают песчаную подушку толщиной 50 см (даже в том случае, если она не требуется для производства работ).
Обычно при забивке трубы с закрытым концом из соседней (уже изготовленной) песчаной сваи вода часто фонтанирует. Поэтому, чтобы частицы грунта не выносились с водой, для заполнения свай должен использоваться песок средне- или крупнозернистый, содержание пылеватых и глинистых частиц в песке не должно превышать 10%, а только глинистых частиц не более 3%.
Сваи устраивают от периметра к центру. При необходимости большого количества свай их устраивают рядами, т. е. первоначально нечетные ряды, а затем четные. В зимних условиях необходимы меры, исключающие смерзание песка в комья.
Использование щебеночных и песчаных свай
для усиления слабых грунтов основания
транспортных сооружений
Технология устройства щебеночных применяется для увеличения несущей способности грунтов основания проектируемого сооружения, предотвращения возможной потери устойчивости основания, уменьшения деформаций и времени стабилизации деформаций, для предотвращения возможности разжижения и потери прочности грунтов при сейсмическом воздействии.
Щебеночные сваи — тип обработки грунта глубинной вибрацией с подачей щебня на дно формируемой скважины, при которой глубинный вибратор используется для создания непрерывных колонн из щебня с заданными длиной и диаметром.
Устройство щебеночных свай выполняется в широком диапазоне инженерно-геологических условий, при наличии в основании глин и пылевато-глинистых грунтов, слабых глинистых грунтов и торфов. При использовании технологии возможно прохождение через песчаные и гравелистые грунты с частичным их уплотнением.
Технологический процесс устройства щебеночных свай включает в себя следующую последовательность (рис. 1):
1) Глубинный вибратор погружается с помощью вибрации и подачи воздуха (иногда с минимальной подачей воды под давлением для прохождения плотных слоев),
2) Щебень вводится через специальный привод вдоль вибратора под давлением сжатого воздуха,
3) Виброинструмент совершает возвратно-поступательные движения, уплотняя щебень, и, постепенно перемещаясь вверх, формирует тело сваи.
Рисунок 1 — Последовательность изготовления щебеночных свай
Щебеночные сваи не являются отдельно несущим элементом, как например сваи, выполненные из бетона. При устройстве щебеночных свай происходит увеличение прочностных характеристик массива грунта, в пределах которого выполняется усиление, вследствие чего значительно увеличивается его несущая способность и устойчивость. Устройство свай позволяет уменьшить значение деформаций основания от 2 до 6 раз. Щебеночные сваи представляют собой массивные дрены, вследствие чего при строительстве в условиях залегания в основании медленно уплотняющихся водонасыщенных глинистых грунтов значительно уменьшаются сроки стабилизации деформаций.
Сечение щебеночной сваи, полученное в результате уплотнения, ограничивается объемом расходуемого материала, временем уплотнения и характеристиками исходного грунта. Диаметр формируется в процессе работы и не является жестко ограниченным. Таким образом возможно формирование щебеночной сваи переменного сечения в зависимости от задачи, например увеличения диаметра сваи в слабых грунтах прочностные свойства которых требуется улучшить и уменьшение сечения в плотных песчаных и гравелистых грунтах. Под действием нагрузки на усиленное основание происходит увеличение щебеночной сваи в сечении, при этом возникает дополнительное давление на грунт в межсвайном пространстве, вследствие чего он уплотняется.
При строительстве в крайне слабых глинистых грунтах (значение сопротивления недренированному сдвигу менее 5 кПа), устройство щебеночных свай может комбинироваться с технологией устройства геосинтетических дрен, используемых для предварительной консолидации и уплотнения основания.
При изготовлении щебеночных свай используется специальное оборудование, так называемый виброфлот – глубинный вибратор диаметром от 290 мм до 460 мм, подбираемый в зависимости от поставленной задачи. Для подачи уплотняемого материала под нижний конец оборудования, к вибратору крепится специальный привод. Существует возможность крепления оборудования на экскаватор, копровую установку и кран.
Оборудование позволяет выполнять устройство свай на глубину от 3 до 30 м, при необходимости усиления грунтов на большую глубину возможно изготовления оборудования специально под проект.
При уплотнении щебеночная свая достигает диаметра от 0,6 м до 3,5 м в зависимости от задачи и грунтовых условий площадки строительства. В качестве материала уплотнения используется щебень фракции 5-50 мм, так же возможно использование песка.
Необходимо отметить высокую производительность устройства щебеночных свай, которая составляет от 200 до 400 метров погонных за смену.
Данная технология положительно зарекомендовала себя при усилении слабых грунтов, на множестве объектов по всему миру, в том числе успешно реализована компанией ООО «ГЕОИЗОЛ» при усилении основания насыпи сложенного слабыми заторфованными грунтами на участке скоростной автомобильной дороги Москва-Санкт-Петербург — М11, при усилении слабых глинистых грунтов при создании искусственного земельного участка на территории Крестовского острова в Финском заливе, при устройстве опытной площади в условиях залегания с поверхности заторфованных грунтов на глубину до 7м на объекте «Строительство автомобильной дороги А-121 «Сортавала» и других объектах.
Мировой опыт использования технологии усиления грунта путем глубинной вибрации насчитывает более 70 лет. При определении характеристик усиленного массива грунта используются известные аналитические методики расчета [1] признанные во всем мире. Для расчета деформаций, устойчивости и времени консолидации могут использоваться отечественные нормативные методики расчета [2,3,4,5], а так же современные программные комплексы с использованием метода конечных элементов. C целью стандартизации и нормирования проектирования и производства щебеночных свай, в 2005 году создан Европейский нормативный документ DIN EN 14731.2005 “Выполнение специальных геотехнических работ – Укрепление грунта путем глубинной вибрации” [6].
Устройство щебеночных свай по технологии виброуплотнения широко используется в мировой практике и зарекомендовало себя как надежный способ усиления основания проектируемых сооружений транспортной инфраструктуры.
Уильем Деген, Betterground GmbH (Германия, Мюнхен)
Долгов П. Г., ООО «ГЕОИЗОЛ Проект»
Для чего применяются песчаные сваи?
Один из распространенных способов глубинного уплотнения просадочных и макропористых лёссовых грунтов при помощи грунтовых набивных свай разработан Ю. М. Абелевым.
Этот способ целесообразно применять для маловлажных и очень влажных грунтов (степень влажности 0,8), с толщиной слоя макропористого просадочного грунта в основании от 5 до 18 м. При большей толщине слоя целесообразность уплотнения устанавливается на основе опытных работ.
Метод основан на том, что при механическом трамбовании природная макропористая структура полностью разрушается и уплотненный грунт теряет просадочные свойства. Одновременно вследствие вытеснения грунта в стороны при проходке скважины и набивке ее грунтом происходит уплотнение грунта вокруг сваи.
Скважины, заполненные уплотненным грунтом, условно называют грунтовыми сваями.
С учетом этого в проекте устанавливаются диаметр скважин и соответствующие расстояния между ними.
Рабочий проект глубинного уплотнения грунта состоит из плана свайного поля с указанием отметок заложения фундамента, свай и рабочего горизонта; геологической характеристики участка; объемов грунта на уплотняемое основание (в т) и задания по достижению объемного веса скелета грунта в теле сваи и уплотняемом массиве.
Перед разбивкой сетки расположения скважин по результатам устройства пробных свай отбирают пробы грунта и вносят необходимые коррективы для достижения проектной плотности грунта.
Скважины образуют бурением, пробивкой лидером или при помощи взрывов цепных зарядов с предварительным устройством шпуров.
Для получения скважин применяют станки ударно-канатного бурения,- БС-1 (рис. 16.5 и табл. 16.3) или другой станочный механизм, позволяющий работать со снарядом весом не менее 3 Т.
Таблица 16.3 Техническая характеристика станка типа БС-1
Сначала скважины пробивают через одну и после набивки их грунтом образуют пропущенные.
При выполнении работ необходимо установить контроль за точным соблюдением расположения свай в плане и за соответствием диаметров кондуктора и наконечника.
Рис. 16.6. Рабочие органы для изготовления грунтовых свай:
а — наконечник весом 0,5 Т для пробивки скважин (общий вид и детали); б — наконечник весом 0,45 Т для уплотнения грунтового материала, засыпаемого в скважину (общий вид и детали); в — цилиндр кондуктор; 1 — стальной стержень наконечника; 2 — оболочка из листовой стали толщиной 10-12 мм; 3 — бетонное заполнение
Количество патронов на 1 м шпура определяют с учетом глинистости грунта, характеризуемой числом пластичности, и уточняют опытными взрывами. На 1 м скважины требуется от 5 до 10 патронов.
Патроны размещают равномерно в пределах каждого однородного слоя, прикрепляя их к шпагату или вязальной проволоке. Цепочку зарядов фиксируют строго по центру скважины (рис. 16.7).
Рис. 16.7. Опускание цепного заряда в скважину
Взрыв производится при помощи детонирующего шнура. В результате взрыва получается цилиндрическая скважина, со стенками, имеющими гофрированную поверхность, вокруг которой образуется зона уплотненного грунта. Качественное выполнение скважины взрывным методом возможно лишь при оптимальной влажности грунта. При меньшей влажности переуплотненный грунт может отслоиться от стенки скважины, если же природная влажность грунта меньше оптимальной, необходимо искусственно увлажнить его. В этом случае нужно определить природную влажность грунта и рассчитать потребное количество воды.
Грунт укладывают в скважины послойно дозами из расчета заполнения скважины за один раз рыхлым материалом на высоту, равную 2,5 ее диаметра.
Уплотнение засыпаемого материала производят только станками ударно-канатного бурения, позволяющими работать со снарядом весом не менее 1 Т.
Грунтовыми материалами могут служить супеси и суглинки, имеющие влажность в пределах от 2 до 6% от оптимальной.
Пооперационный контроль качества выполнения грунтовых свай осуществляет лицо, ответственное за ведение журнала работ, а выборочный — технадзор заказчика и автор проекта.
Качество уплотнения контролируется лабораторией строительной организации.
Акт на скрытые работы по глубинному уплотнению составляют после осмотра котлована, отрытого до отметки заложения фундамента, представителями организации, выполняющей уплотнение, генподрядчика, заказчика и авторского надзора.
Забивка свай и устройство песчаных свай
Другим методом укрепления неустойчивого земляного полотна является забивка длинных свай, столбов или старых рельсов в насыпях средней высоты для скрепления слоев из различных насыпных грунтов между собой или забивка коротких сваек из бракованных шпал и обрезков телеграфных столбов в низких насыпях. Для стабилизации насыпей успешно применяются также песчаные сваи. Выбор способа стабилизации насыпи при угрозе оползания откосов в каждом случае должен приниматься в зависимости от местных условий.
Деревянные и рельсовые сваи. Забивка деревянных свай или старых рельсов на обочинах насыпей высотой от 2,40 до 12,0 м оказалась весьма хорошим мероприятием для отмены длительно действовавших ограничений скорости движения поездов. Действие свай заключается в непосредственном закреплении грунта насыпи, однако нередко, если свая проходит через увлажненный слой грунта, проникая в лежащий ниже хорошо фильтрующий грунт, образуется вертикальный дренаж. Старые рельсы применяются для той же цели, если в основании насыпи залегают скальные или полускальные породы и применение деревянных свай невозможно. Этот метод применяется также для закрепления насыпей на косогорах.
Для успешного осуществления этого способа укрепления насыпей необходимо, чтобы свая вошла в устойчивый грунт на достаточную глубину; например, следует стремиться, чтобы половина сваи вошла в прочный грунт. Сваи забивают обычно на расстоянии от 2,7 до 4,5 м от оси пути и на 0,9—1,5 м одна от другой. Иногда сваи, забитые по обе стороны пути, схватывают между собой стальными тросами, пропуская их под путем, независимо от того, скреплены между собой сваи одного ряда или нет. Сваи обычно забивают небольшим копром, установленным на железнодорожной платформе.
Свайки из бракованных шпал. Дешевым способом укрепления неустойчивых низких насыпей или подрельсовой части полотна в выемках является забивка по обе стороны пути обрезков телеграфных столбов или бракованных шпал. До забивки таких сваек с обочин предварительно срезают стругом старый балласт, после чего обрезки столбов или шпал забивают вровень с основной площадкой земляного полотна, чем обычно обеспечивается необходимая устойчивость пути. Свайки забивают не в виде сплошной стенки, а обычно через шпалу, если только по местным условиям не требуется забивка сваек против каждой шпалы (рис. 1).
Рис. 1. Схема забивки коротких сваек, рекомендованная AREA:
1 — дно балластного ложа; 2 —забитые свайки из шпал
Хотя для забивки таких сваек и применяют копры на железнодорожных платформах, однако большинство железных дорог, чтобы избежать задержек в движении поездов, предпочитает выполнять эту работу копрами, работающими без занятия пути. Для этого успешно применяются копры, смонтированные на тракторе, а в одном случае был использован специально приспособленный для этой цели рельсоукладчик. Забивку свай производят также за пределами неустойчивого участка с каждого его конца на протяжении одного рельсового звена.
Песчаные сваи.
Устройство песчаных свай с успехом применяется для стабилизации насыпей высотой до 2,5 м, отсыпанных из глинистых грунтов. Песчаные сваи представляют собой вертикальные дрены, заполненные чистым крупным песком, которые устраивают при помощи деревянного или стального бруса, забиваемого в тело насыпи. Их действие заключается в уплотнении грунта насыпи при забивке бруса и в дренировании, причем вода частично сбрасывается вниз, а частично испаряется.
Сваи устраивают рядами по обе стороны рельсовых путей с расчетом, чтобы площадь свай составила около 20%площади основной площадки земляного полотна. Забивной брус имеет длину от 3,0 до 3,60 м и к концу сужается так, что в верхней части ширина его грани равна 305 мм, а в нижней—267 мм. При забивке в шпальных ящиках забивной брус лишь слегка раздвигает шпалы, не повреждая их, так что вырезки балласта и передвижки шпал не требуется.
Для сокращения времени занятия пути скважины для свай одновременно делают два копра, работающие на расстоянии в несколько десятков метров один от другого. Чтобы не допустить осыпания стенок скважин, песок необходимо засыпать немедленно после пробивки скважины. При работе забивным брусом путь поднимается на высоту до 7,5 см, поэтому до полного окончания работ на закрепляемом участке устанавливают ограничение скорости движения поездов до 15 км/ч. После окончания работ производят подъемку и выправку пути и отменяют предупреждение.
Песчаные сваи, устраиваемые при помощи камуфлетных взрывов. Видоизмененным методом применения песчаных свай является устройство их при помощи камуфлетных взрывов. Этот метод успешно применяется для укрепления неустойчивых насыпей высотой до 4,5 м при густом движении поездов, когда для забивки свай работа копров, установленных на железнодорожных платформах, невозможна.
Применяя этот метод, устраивают вдоль концов шпал два ряда скважин на расстоянии около 1,20 м один от другого. Скважины устраивают, забивая брус пневматическим молотком. В пределах балластной призмы для предохранения от осыпания щебня скважину обсаживают резиновым рукавом длиной около 0,60 м, который оставляют на месте после удаления забивного бруса. На дне скважин взрывают от 1/3 до 1/2 динамитного патрона, после чего, подводя рукав от пескодувной машины, в скважину нагнетают песок под давлением около 7 кг/см2. После заполнения скважины рукав удаляют.
Эффект действия песчаных свай, устраиваемых при помощи камуфлетных взрывов, основан на двух принципах: во-первых, капиллярная влажность тонко дисперсных грунтов под воздействием резкого сотрясения мгновенно снижается вследствие сжатия капилляров и пор грунта при взрыве; во-вторых, при взрыве происходит нарушение возможной поверхности скольжения грунта, так как место взрыва совпадает с наиболее вероятным ее положением при боковом оползании грунта откоса. При этом в грунте выше и ниже этой линии образуются песчаные шпонки, если только место взрыва было выбрано правильно.
Фундамент на песчаном грунте
При строительстве любого сооружения важное значения имеет тип грунта. На некоторых из них практически невозможно начать строительство без предварительных мероприятий по его укреплению и уплотнению. Фундамент на песчаном грунте и особенности его устройства – основная тема статьи.
Фундамент на песчаном грунте
При планировании строительства проводится инженерно-геологический анализ почвы. В некоторых случаях достаточно самостоятельного исследования. Но профессиональное исследование исключает какие-либо ошибки при устройстве фундамента, исправление которых может повлечь значительные финансовые затраты.
Песок разделяется на разные типы: мелкозернистый, крупнозернистый, мелкий. Более надежной основой считается крупнозернистый песчаный грунт, являющийся вторым по устойчивости после скальных пород. Достаточно устойчивый песок средней крупности. В этом случае не возникает проблем при отводе вод, маловероятно морозное пучение. Он устойчив к сезонным изменениям температуры. В таких грунтах достаточно редки плывуны, зыбучие пески.
Существуют некоторые трудности с возведением крупных строений. Особенно много проблем, если песок является мелким или лессовидным. По истечении некоторого времени постройка может подвергаться осадке, деформации, что приведет к образованию трещин в конструкциях. Такой грунт легко впитывает воду, удерживает ее длительное время. Несущая способность его очень низкая.
Особенно опасны при возведении масштабных зданий на песчаном грунте образования плывунов, что характерно для участков с высоким расположение грунтовых вод.
С помощью свайного фундамента можно решить многие проблемы, касающиеся разных типов грунта. Так, винтовые сваи с успехом используются на песках любого типа. Применение их означает значительное усиление почвы.
Фундамент на песчаном грунте: преимущество винтовых свай
В отдельных случаях винтовые сваи можно установить самостоятельно, что удобно для застройщиков небольших домиков или хозяйственных построек. Однако, целесообразно поручить эту работу профессионалам.
Компания «Эндбери» производит винтовые сваи и выполняет монтаж фундамента с предварительным исследованием состояния грунта. Даже в достаточно сложном грунте, состоящем из пылевого песка, мы находим решение, используя элементы с двойными лопастями. Это способствует уплотнению грунта, созданию устойчивой основы для строения.
Установка винтовых свай на песчаном грунте значительно дешевле устройства других видов фундамента. Особенно это выгодно, если песок крупнозернистый. В этом случае свая быстро достигает планируемой глубины, так как глубина промерзания из-за рыхлости песка небольшая.
Особенности установки винтовых свай
расчетные работы производятся специалистами с учетом всех характеристик грунта, местности
площадка для строительства освобождается от деревьев, кустарников и различных предметов, которые могут препятствовать выполнению работ
бурение в песчаном грунте проводится буром диаметром не менее 200 мм, что больше, чем при бурении в других типах грунта, но помогает компенсировать осыпание песка
не следует заливать в песчаный грунт воду для ускорения процесса во избежание размывания песка
устройство свайного фундамента должны выполнять профессионалы.
Создание конструкции винтового фундамента
Расположение свай может быть одиночным или в виде свайных кустов, что способствует закреплению слабых участков. Как правило, установка их производится строго вертикально.
Железобетонные забивные сваи
Сваи этого вида выполняются в виде железобетонных стержней с заостренным концом и по своему виду напоминают карандаш с квадратным сечением. В случаях, если грунт слабый, требуется большая глубина закладки несущих элементов, чтобы достичь плотных слоев грунта.
Любые виды фундаменты в этом случае обойдутся очень дорого. Значительно дешевле выйдет устройство забивных свай. При это не имеет значения наличие плывунов, грунтовых вод или зыбучего песка. Несущая способность таких элементов значительно превышает те, что устанавливаются в подготовленные скважины и заливаются бетоном. В процессе их забивания происходит уплотнение грунта, что влияет положительно на прочность будущей постройки.
Конструкция передает нагрузку от строения на более плотные слои грунта. Каждая опора вбивается в землю до необходимой глубины. Таким образом, каждым элементом распределяется нагрузка от удельного веса строения.
Преимущества свайного забивного фундамента
Компания «Энбери» производит железобетонные забивные сваи для частных домов с гарантией высокого качества. Мы выполняем полный объем работ по монтажу фундамента.
Этапы монтажа железобетонного свайного фундамента
Монтажные работы
После того, как все сваи погружены, их выравнивают, оставляя верхнюю часть арматуры, на которую затем приваривается ростверк.
Компания Эндбери возводит фундаменты на винтовых и железобетонных сваях для деревянных, каркасных, каменных домов на любых типах грунта, включая песчаный. Не имеет значения рельеф местности. Мы проводим работы в любое время года.
3.3.Д. Песчаные сваи
применяются для уплотнения сильно сжимаемых пылевато-глинистых грунтов, рыхлых песков, заторфованных грунтов на глубину до 18…20(м). (см. рис. 12.9)
Рис.12.9. Схема устройства песчаных свай:
а – погружение обсадной трубы; б – извлечение обсадной трубы и засыпка скважины песком; в – схема песчаной сваи; 1 – обсадная труба; 2 – самораскрывающийся наконечник; 3 – песчаная свая; 4 – зона уплотнения
Применяется также метод « свая в сваю». Суть его заключается в том, что после того, как инвентарная труба извлечена из грунта, створки наконечника закрывают, и труба повторно погружается в тело уже устроенной сваи (получается погрузить до 0,8hсв), снова засыпается порцией песка, и труба постепенно извлекается.
Получившиеся песчаные сваи, помимо уплотнения грунта, играют роль вертикальных дрен, за счет чего существенно ускоряется процесс консолидации водонасыщенных глинистых оснований.
Сваи размещают обычно в шахматном порядке с пересечением зон уплотнения.
Рис.12.10. Схема размещения песчаных свай в плане:
1 – песчаная свая; 2 – зона уплотнения
применяются для уплотнения и улучшения строительных свойств просадочных макропористых и насыпных пылевато-глинистых грунтов на глубине до 20(м).
Суть метода: устраивается вертикальная скважина (полость) путем погружения металлической трубы (пробойника) d≈40(см), которая затем засыпается местным грунтом с послойным уплотнением.
В результате образуется массив уплотненного грунта, характеризующийся повышенной прочностью и более низкой сжимаемостью, в просадочных грунтах устраняются просадочные свойства.
Рис.12.11. Схема устройства грунтовых свай способом сердечника:
а – образование скважины забивкой инвентарной сваи; б – извлечение инвентарной сваи; в – заполнение скважины грунтом с трамбованием; 1 – инвентарный башмак; 2 – сердечник; 3 – молот; 4 – трамбовка; 5 – уплотненный грунт заполнения
Рис.12.12. Схема образования скважин энергией взрыва:
а – устройство скважины – шпура; б – скважина – шпур, подготовленная к взрыву; в – готовая скважина; 1 – башмак; 2 – буровая штанга; 3 – наголовник; 4 – молот; 5 – деревянный брусок для подвески заряда; 6 – детонирующий шнур; 7 – заряд ВВ
Известковые сваи применяются для глубинного уплотнения водонасыщенных глинистых и заторфованных грунтов. Устраивают их также как грунтовые или песчаные сваи.
Пробуренную скважину dскв=320…500(мм) (или с обсадной инвентарной трубой) заполняют негашеной комовой известью трамбованием.
Негашеная известь (при взаимодействии с поровой водой) гасится и в процессе гашения увеличивается в объеме. Общее увеличение объема сваи (за счет трамбования и гашения ) составляет 1,6…2 раза.
Температура тела сваи при гашении достигает 
. Соответственно происходит частичное испарение поровой воды, в результате чего уменьшается влажность грунта (осушение примыкающей зоны) и ускоряется уплотнение.
Также происходит физико-химическое закрепление грунта в зонах примыкающих к поверхности сваи, увеличиваются прочностные и деформационные характеристики грунта.
Стоимость известковых свай довольно низкая, поэтому они относятся к одним из самых дешевых способов улучшения свойств слабых водонасыщенных оснований.