Укрепление насыпных грунтов. Методы укрепления грунтов при строительстве

Строительство новых зданий или реконструкция старых требуют надежного основания, чтобы они крепко держались и были безопасными, только вот грунт не всегда может обеспечить таковые условия, ведь он может быть и слабым. В этом случае его необходимо укреплять, а сделать это можно массой способов в зависимости от особенностей территории объектов, которые строятся.

Если грунт сухой и плотный, то сооружений зданий можно проводить без дополнительной подготовки – это стабильный грунт. Слабый, или нестабильный, грунт может потребовать осушения или уплотнения. Уплотнение грунта часто осуществляется такими альтернативными материалами, как дорожные плиты купить которые можно для обустройства как частного сектора, так и промышленных объектов.

Механический метод

В этом случае грунт укрепляют при помощи внедрения дополнительных элементов или материалов: свай, щебня, грунта и т.д. А для того, чтобы немного уплотнить структуру, могут воспользоваться трамбовкой и подобными операциями. Рассмотрим их особенности.

1. Укрепление с помощью железобетонных свай . Суть этого метода заключается, что свая проходит сквозь слой слабого грунта и достигает слоя более плотного, закрепляясь там, и тем самым укрепляя грунт. Чтобы устроить такое укрепление, используют несколько способов: так, сваю могут вдавливать специальной машиной, могут забивать в грунт, пробурив для этого отверстие или без него. Есть также вариант, когда в грунт погружается труба, а уже в нее потом заливается бетон. В любом случае, такой способ требует огромных усилий и немалой строительной площадки, используется, в основном, при строительстве крупных объектов.
2. Грунтовые сваи . Принцип и эффект сравним с предыдущим вариантом, только получается намного дешевле и более экологично. В общих чертах, принцип их создания выглядит так: бурится отверстие, в которое потом поэтапно засыпают наполнитель из разных фракций, периодически все это трамбуется. В итоге получаем надежно укрепленный грунт.
3. Если слой того грунта, который будет нужен, небольшой, то можно воспользоваться средствами трамбовки с помощью катков, виброплит и некоторыми другими устройствами. Если основа – пылеватый песок, то трамбовку проводят вместе с водой. Такой способ применим на таких объектах, как дороги, аэродромы и т.д. Если же грунт настолько слабый, что такой способ не поможет, то есть смысл извлечь его и заменить другим.

Цементация

Способ, который заслуживает внимания. Тут для того, чтобы сделать грунт крепче, в него добавляют раствор цемента, однако технологии могут отличаться:

• простая цементация , когда грунт просто перемешивается с цементным раствором: последний подают с помощью специального механизма, который вместе с тем сразу перемешивает грунт с раствором. Способ очень недорогой, часто применяется в тех районах, где грунты переувлажненные;
• струйная цементация – несколько усовершенствованный способ. Тут цементный раствор подается под большим напором специальным механизмом прямо в грунт. Под давлением образовывается отверстие и сразу идет смешение с цементом.

Оба эти способы отлично подходят даже в том случае, если здание уже построено , а грунт нужно укрепить. При этом работы проводятся практически бесшумно, а цемент для смешивания может подаваться как перпендикулярно поверхности, так и под углом.

Армирование

Армирование – это уже более современный метод, где укрепление производится с помощью полимерных конструкционных элементов. Способ подходит не только для ровных площадей, но и для наклонных, для укрепления склонов, берегов, при создании ландшафтов разного типа. Среди самых распространенных конструкций, которые используются, стоит отметить:

Укрепление по плоскости

Когда нужно построить объект, который сильно тянется в длину, то используют целую комбинацию способов, так как в разных точках состав и характеристики грунта могут сильно отличаться. Так, вместе с механическими методами распространено использование таких способов:добавление разных природных материалов : щебеня, грунта, глины, песка, суглинка и т.д. – в зависимости от характеристик основы. Перемешивание происходит в специальном устройстве, а в итоге мы получаем довольно экологичный способ стабилизации больших площадей;

Осушение грунтов

Часто для того, чтобы грунт стал намного плотнее и надежнее, достаточно просто удалить из него лишнюю воду, а это делается посредством использования определенных химических веществ или процессов:

Таким образом, в зависимости от того, какой объект будет находиться на участке со слабым грунтом, выбирается самый оптимальный способ его стабилизации.

В районах дорожного строительства, где нет каменных мате­риалов, возникает необходимость в перевозках их за сотни кило­метров, что увеличивает первоначальную стоимость этих материалов примерно в 4-6 раз и является причиной удорожания строи­тельства. Поэтому весьма актуальна разработка методов укрепления грунтов вяжущими веществами.

Укрепление грунтов - это совокупность строительных операций по внесению вяжущих и других веществ, обеспечивающих су­щественное изменение свойств грунтов с приданием им требуемой прочности, деформативности, водо- и морозостойкости.

Основным исходным материалом, подвергаемым укреплению при строительстве автомобильных дорог путем смешения с различ­ными вяжущими, являются грунты без жестких связей между части­цами: крупнообломочные (содержащие частицы размером крупнее 2 мм более 60% по массе); песчаные, сыпучие в сухом состоянии (содержащие частицы крупнее 2 мм менее 50% по массе); глинистые, характеризующиеся связностью в сухом и пластичностью во влажном состоянии и числом пластичности более 1.

Крупнообломочные грунты, гравелистые, крупные и средние пески используют не только для укрепления, но и в качестве скелетных гранулометрических добавок в глинистых грунтах. Максимальный размер частиц крупнообломочных грунтов должен быть не более 25 мм.

Укрепление грунтов добав­ками вяжущих материалов и других веществ дает положительный результат лишь при выполнении следующих требований: размель­чение (в случае обработки супесей, суглинков или глин); равно­мерное распределение вяжущего материала в грунте с точным соблю­дением установленной добавки цемента, битума, синтетических смол и других веществ; равномерное увлажнение грунта до необходимой (оптимальной) влажности и уплотнение обработанного грунта до наибольшей плотности.

В результате названных взаимодействий укрепленный грунт дол­жен приобретать требуемые прочность, монолитность и морозостой­кость и сохранять их длительное время.

Наибольшее распространение в практике дорожного строительства получили методы укрепления грунтов неорганическими и органическими вяжущими.

Кроме обычных способов укрепления грунтов неорганическими и органическими вяжущими, применяют комплексные методы, когда на грунт воздействуют добавками двух вяжущих материалов с раз­личными свойствами и оптимальным их сочетанием или добавками одного вяжущего и поверхностно-активных веществ.

Главной особенностью комплексных методов является то, что они при правильном выборе материалов и оптимальном сочетании их дозировок позволяют изменять в положительную сторону физико-химическую и химическую активность грунта, увеличивать адгезию вяжущих материалов, ускорять формирование более прочной и моно­литной структуры укрепленного грунта.

20.Укрепление грунтов неорганическими, органическими вяжущими материалами. Комплексное укрепление грунтов

Для укрепления грунтов используют неорганические вяжущие вещества: цементы, известь, активные тонкодисперсные золы уноса, молотые гранулированные шлаки. Применяют также органические вяжжущие вещества: битумные эмульсии, жидкие медленно-или среднегустеющие битумы, жидкие каменноугольные дегти.

Особенно большой эффект дает укрепление грунтов портланд­цементом.

Грунт, укрепленный цементом, принято называть цементогрунт, а битумами – битумогрунтом..

Цементогрунты обладают высокой прочностью после водонасыщения или многократ­ного замораживания-оттаивания

Показатели свойств, при укреплении грунтов портландцементом или шлакопортландцементом определяются для образцов, твердевших 28 сут., тогда как, укрепленных золой уноса, золой уноса с добавками цемента или извести, из-вестково-зольным или известково-шлаковым цементом или известью - твердевших 90 сут.

Грунты, укрепленные жидкими медленногустеющими битумами, характеризуются длительным формированием структуры и относи­тельно низкими показателями прочности, водо- и морозостойкости, а также сдвиго- и теплостойкости, большой зависимостью свойств от погодных условий и влажности грунтов. Более высокими показателями свойств обладают грунты, укреплённые вязкими эмульгированными битумами (эмульсиями). В этом случае становится возможным применение влажных грунтов без подогрева при температуре воздуха до 5 °С, создавать прочные водо- и теплостойкие даже дорожные покрытия.

Под комплексным укреплением грунтов подразумевают совмест­ную их обработку органическими и неорганическими вяжущими, вяжущими и поверхностно-активными веществами, что позволяет придать получаемому материалу более высокие показатели прочности, морозостойкости, тепло- и водостойкости, расширить номенклатуру укрепляемых грунтов и область их применения в дорожном строительстве, чем без добавок.

При предварительной обработ­ке грунта известью или цементом и соответствующей добавке воды активно протекают физико-химические реакции, в результате этого образуются прочные и стойкие микроагрегаты грунта. При этом создается щелочная среда (рН = 10-12), обуславливающая создание благо­приятных условий для взаимодействия на границе раздела микроагрегат - битум. Поэтому силы ад­гезии в зоне контакта битумной пленки с частицами или микро­агрегатами грунта в указанных условиях проявляются в макси­мальной степени. Установлено, что с увеличением содержания глинистых частиц в грунтах эффективность добавки извести повышается.

Комплексный метод укрепления позволяет получать материал, обладающий высокой деформативностью, прочностью и морозостойкостью.

Цементация грунтов

Цементно-грунтовая технология основана на смешивании до однородного состояния цемента и естественного грунта при установленном содержании воды и уплотнении с целью придания укреплённому грунту определённых свойств: прочности, устойчивости, морозостойкости и т. д. .

Впервые в России цемент для укрепления грунтов был применён для устройства садовых дорожек . После революции первые опыты по укреплению грунтов портландцементом были проведены в 1927 году на опытных дорожках Ленинградского дорожно-исследовательского бюро.

Лабораторные исследования по укреплению грунтов цементом проводились также ЦИАТ и ДорНИИ. Положительные результаты исследований позволили выполнить укрепление грунта цементом под асфальтобетонные покрытия на подъездных путях к территории Всесоюзной сельскохозяйственной выставки. В послевоенный период начинается широкое внедрение цементогрунтов в дорожном и аэродромном строительстве . Цементно-грунтовые основания были применены взамен щебёночных и песчаных слоёв на автомагистралях Москва — Харьков (1946-1949), Москва — Ленинград (1949), Москва — Рязань (1950) и др. Решающее значение для развития метода укрепления грунтов цементами имели работы В. М. Безрука, который в результате многолетних исследований разработал теоретические и практические рекомендации укрепления грунтов цементами . Как отмечает Безрук, на эффективность укрепления грунтов цементом оказывает исключительно важное влияние химико-минералогический состав цементов, генезис, состав и свойства грунтов, в частности их заселённость и состав обменных катионов. Введение в цементно-грунтовые смеси некоторых веществ (например, мылонафта, саапстока и др.), образующих с продуктами гидролиза цемента гидрофобные и другие вещества, заполняющие поры, может в ряде случае придавать им повышенную водопроницаемость. С 80-х годов прошлого века успешно велись работы по укреплению грунтов цементами комплексным методом, предусматривающим направленное влияние на процессы цементации грунтов. Но об этом ниже.

За границей, цементно-грунтовые технологии начали развиваться также в первой половине XX века. В 20-х годах в США из цементогрунтов делали покрытия просёлочных дорог . После II мировой войны этот метод получил распространение в Англии, Бельгии, Голландии и других европейских странах. Так, в Голландии, начиная с 1956 года, было укреплены десятки миллионов квадратных метров почвы. Почти всюду она была песчаной и поэтому данная технология получила название пескоцементной. В 80-х годах прошлого века в ФРГ ежегодно около 1 млн. т цемента расходовалось на стабилизацию песков на севере страны (портовые сооружения Гамбурга, складские площадки), при строительстве просёлочных дорог. Во Франции эту технологию начали применять с 1972 года благодаря активности цементных компаний .

Во большинстве зарубежных публикациях отмечается, что укрепление грунтов с помощью цемента или смеси цемента с известью для покрытий просёлочных дорог, вместо каменной наброски уплотняемой механическим путём, представляется весьма экономичным решением . Из цементогрунтов, помимо просёлочных дорог, можно сооружать покрытия складских площадок, стоянок автомашин, постели оснований железных дорог, каналов, оснований отдельных типов зданий, а также грунтов, предназначенных для возведения больших земляных плотин. Видимо, большой интерес для строительно-дорожных фирм и читателей журнала представляет цементно-грунтовая технология производства работ.

Попытаемся вкратце осветить этот вопрос.

До начала работ по укреплению грунта необходимо провести в лаборатории его предварительный анализ, а затем, во время работ, осуществлять постоянный контроль. Грунты различаются в основном по их природе, гранулометрии и содержанию воды.

Грунт может быть более или менее связным, содержать в разной пропорции суглинки и глину.

При высоком содержании глины применяют так называемое смешанное укрепление, при котором в грунт предварительно добавляют известь (2-5 %) для улучшения хлопьеобразования и, в конечном итоге, рассыпания грунта при проходе машин. Грунты, содержащие сульфаты (более 1%), могут быть опасны, поскольку сульфат вступает в реакцию с цементом. В этом случае необходимо применять либо цемент с низким содержанием трёхкальциевого алюмината (цемент, предназначенный для морских работ), либо цемент с высоким содержанием минеральных добавок (золы-уноса, доменного шлака, пуццоланов). Особенно нужно быть осторожным, когда дело касается частичного осушения влажного или насыщенного водой грунта после дождей. Это делается с помощью негашёной извести или путём аэрирования грунта «рыхлителем».

грунты, содержащие сульфаты (более 1%), могут быть опасны, поскольку сульфат вступает в реакцию с цементом

Обычно испытания грунта проводят с целью определения основных характеристик грунта: предел текучести, предел пластичности, гранулометрическая кривая и др.; устанавливают оптимальный расход воды и цемента. Расход цемента может меняться в пределах 4-12 % в зависимости от грунта. Чаще всего он составляет 6-20 %. Для примера в табл. 2 приводятся данные, взятые из нормативных документов Германии.

Таблица 2. Расход цемента в зависимости от характера грунта

Характер грунта	Расход Цемента
	% сухого грунта	кг/м 3 уплотненного основания
Гравийно-песчаный	4-7	80-120
Суглинистый песок	6-10	120-160
Песок с одним рядом частиц	8-12	150-200
Суглинок	7-12	120-200
Глина	10-16	180-240

При укреплении пластичного суглинка применяют смесь извести (2-3 %) и цемента . Кроме того, для пластичных грунтов проводят испытания на замораживание. При покрытии просёлочных работ цементогрунтом работу производят в несколько этапов.

1 этап. Выравнивание и очистка грунта с целью устранения органических веществ (дёрн, трава, корни и т. п.) и последующая планировка. Если грунт чрезмерно сухой, производят его увлажнение для выравнивания содержания и достижения однородности состава. Распределение цемента и извести по поверхности производят при небольших объёмах ручных работ, или с помощью навесного механизма — «распределитель» вяжущего.

2 этап. Перемешивание. Перемешивание грунта с вяжущим производят в несколько последовательных проходов машины (4-6 раз до получения однородной смеси) (рис. 1). Такая машина снабжена горизонтальными дисками или горизонтальными либо вертикальными лопатками. Обычно толщина цементно-грунтового слоя составляет 15-35 см.

3 этап. Профилирование и уплотнение. Профилирование полотна производят автогрейдерами. После этого грунт уплотняют несколькими проходами пневмо- или виброкатка. Степень уплотнения должна достигнуть не менее 90 % полученного на образце в лаборатории. После уплотнения цементогрунта катком приступают к окончательной планировке дорожного полотна.

4 этап. Завершающим этапом является защита дорожного покрытия пластиковой плёнкой или другим накрывочным материалом с последующим укрытием слоём песка. Подобная защита необходима для того, чтобы избежать испарения воды из обработанной почвы, и, кроме того, для предохранения дорожного полотна от дождя. Примерно такая же технология применяется для укрепления оснований шоссе некоторых типов. Только в этом случае выровненный и спланированный грунт смешивают с песком.

При реконструкции зданий и строительстве новых сооружений часто возникает проблема слабого грунта. Такое основание может не выдержать нагрузок от постройки. В этой статье речь пойдёт о различных методах его укрепления.

Грунт - это слой, который воспринимает на себя сумму всех нагрузок от сооружения. Условно все грунты можно разделить на стабильные и нестабильные. Стабильный - достаточно плотный и сухой для того, чтобы без специальной подготовки выдержать нагрузки от фундамента или дороги. Нестабильный требует предварительных работ по осушению и уплотнению.

Механический метод

Подразумевает под собой внедрение отдельных высокопрочных изделий (свай) или материалов (грунт, щебень), а также уплотнение без изменения структуры (трамбовка/вибрирование).

Укрепление железобетонными сваями

Смысл заключается в том, что длинная свая проходит слой слабого грунта и упирается в более плотный. Нагрузка передаётся по свае вертикально. Также она удерживается за счёт трения грунта о поверхность сваи. По методу погружения сваи бывают набивные (забиваются в грунт с предварительным бурением или без), буронабивные (жидкий бетон заливается в обсадную трубу, погружённую в грунт) и сваи вдавливания (погружаются специальной машиной-домкратом). Метод требует применения громоздкого и дорогостоящего оборудования и большой стройплощадки.

Грунтовые сваи

В заранее пробуренное отверстие засыпается подготовленная смесь из гранулометрического заполнителя разных фракций. Трамбуется послойно. Эффект сравним с ж/б сваями, но гораздо дешевле и экологичнее.

Устройство грунтовых подушек, трамбовка/вибрация, замена грунта

Используют при сравнительно небольшой требуемой толщине слоя заданных свойств. Производится трамбовка катками (кулачковыми и гладкими), виброплитами и прочим оборудованием с вибрацией или без. Пылеватые пески трамбуют с водой. Метод оптимален при строительстве аэродромов, дорог и других объектов большой площади. При невозможности применения метода слой слабого грунта извлекают и заменяют на более прочный.

Цементация и инъекции

Суть сводится к приданию грунту желаемых свойств за счёт добавления в его состав цемента.

Механическое перемешивание грунта с цементно-песчаным раствором (цементация)

Применяют специальный шнековый бур с полой штангой, имеющей отверстия по длине. Через них подаётся цементный раствор одновременно с работой шнека, и происходит его перемешивание с грунтом. Метод сравнительно дешёвый и проверенный. Применяется в основном во влажных грунтах.

Струйная цементация

Отдельно стоит отметить современный подход к классике: струйную цементацию. Цементный раствор подаётся по трубе под очень высоким давлением, одновременно пробивая место для инъекции и смешиваясь с грунтом. Требует применения специальной техники.

Механическая и струйная цементация вполне применимы для усиления грунтов, на которых уже стоят здания, даже в стеснённых условиях. Для этого используют компактные установки для инъекций (так называемые «джет-сваи»). Их можно вводить как вертикально, так и под углом. Работы проводятся быстро, относительно бесшумно и подходят для городских улиц.

Укрепление грунта по плоскости (дорожное строительство)

При строительстве сплошных покрытий применяют комбинированные методы укрепления грунтов. Из-за своей протяжённости по местности такие объекты могут охватывать значительные территории, и, соответственно, различный состав основания. Приведённые ниже способы всегда используют в сочетании с механическим укреплением.

Смешивание с природными гранулами

Изменение свойств при помощи добавления гранулометрического или иного заполнителя. В зависимости от состояния грунта для его стабилизации применяют разные природные материалы: щебень, гравий, песок, глину, суглинки. Метод сравнительно дешёвый и экологичный, не требует химических компонентов. Перемешивание происходит в специальном шнековом бункере.

Смешивание с минеральными вяжущими

Известкование - метод, известный с давних времён. Уменьшает пластичность и липкость глинистых грунтов, делает их более стойкими к размоканию. Из недостатков - низкая морозостойкость. Используют при подготовке основных (нижних) слоёв дорог.

Смешивание грунта с органическими вяжущими

По принципу не отличается от описанных выше. В качестве добавки используют различные смолы, битумы, дёгти твёрдые и жидкие эмульсии. Эффект и область применения также примерно совпадают. Из особенностей стоит отметить высокую стоимость органического материала (или его синтетического заменителя) и агрессивность этих компонентов по отношению к природной среде. Поэтому данный метод сегодня практически не применяют.

Из трёх описанных технологий на практике самостоятельно можно применить первые два. Легкодоступные и относительно недорогие компоненты и элементарная технология перемешивания делают их востребованными и сегодня. Вполне реально укрепить участок грунтовой дороги или придворовую территорию при помощи обычного мотокультиватора.

Осушение грунтов

Одним из основных факторов слабости грунтов является наличие в их составе воды. Удаление влаги из них приводит к значительному уплотнению и устранению текучести.

Термическое закрепление или обжиг

Эффективно для грунтов с содержанием глины. В пробуренную скважину погружается перфорированная труба из жаропрочной стали. Затем по ней подаются разогретые газы (горячий воздух). Лишняя влага испаряется, а в глине происходит эффект запекания. Особенность данного метода: для разогрева газов можно использовать местное топливо: уголь, дрова.

Химический метод - смешивание грунта с химрастворами

Самый распространённый из них - силикатирование (силикатизация). Очень «широкий» метод, заключается в добавлении в состав грунта жидкого стекла и его растворов. Его нагнетают по заранее проложенным трубам, которые затем извлекают. В результате такой подготовки грунт окаменевает. Недостатки - всё та же низкая морозостойкость, быстрое твердение материала, ограниченная область применения. В зависимости от состава самого грунта, подбирают и химреагенты раствора для работы.

Электрический метод

В этом случае используют явление электроосмоса. Происходит движение воды от «плюса» к «минусу». Эффективен для обезвоживания грунтов.

Электрохимический способ

Применение электроосмоса с добавлением химрастворов в заранее просчитанные области поля. Это делается для облегчения прохода воды сквозь слои и придания движению нужного направления. Энергоёмкий процесс, требующий значительных затрат элекроэнергии.

При достаточном уровне знаний и наличии необходимых элементов, электроосмос возможно собрать в домашних условиях. Подробные инструкции по сборке содержатся в технических справочниках. Электроосмос также применяют в качестве постоянного водоотвода фундаментов.

Армирование

При устройстве откосов, оформлении берегов и создании ландшафтов часто используют современный метод: армирование полимерными конструктивными элементами. Он эффективен как на ровных горизонтальных поверхностях (дороги, пешеходные дорожки), так и при наличии наклона.

Георешётка

Как правило, это трёхмерная конструкция, состоящая из полимерных перфорированных лент. Очень прочная сотовая конструкция позволяет удерживать движение во всех плоскостях. В соты просто засыпается любой мелкий заполнитель или местный грунт. Не требует трамбовки, уплотнение производится проливом воды. Толщина слоя 10–25 см.

Гоетекстиль

Применяют при устройстве многослойных подготовок. Это многослойное полимерное полотно, по сути дела, высокопрочный фильтр. Он пропускает воду, но не позволяет слоям смешиваться. В то же время, обладая изрядной прочностью, он распределяет нагрузку между слоями. Область применения: дорожное строительство, сельское и городское хозяйство.

Геосетка

Воспринимает растягивающие нагрузки. В грунтах применяется редко, используется в качестве арматуры тонкого слоя и в сочетании с другими полимерными материалами.

Засев травой

Декоративный способ укрепления откосов от осыпания (крутизна не более 1:1,5). Траву высевают на уплотнённые механическим способом незатапливаемые откосы. Предотвращает размывы и эрозию.

На приусадебном участке армировочным элементам цены нет. С их помощью становится возможным создание самых фантастических ландшафтных конструкций. Они также позволяют создавать (привозные) плодородные слои для растений.

Виталий Долбинов, рмнт.ру

http :// www . rmnt . ru / - сайт RMNT . ru