Укрепление глинистых грунтов основания фундаментов

Библиографическая ссылка на статью:
Прокопов А.Б., Маслов С.А., Золотухин С.Н. Методы укрепления глинистых грунтов // Современные научные исследования и инновации. 2019. № 12 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2019/12/90939 (дата обращения: 17.08.2021).

Актуальность темы

Тема укрепления грунтов будет актуальна для представителей строительной сферы постоянно. Это актуально для грунтов с высоким уровнем грунтовых вод, большим количеством плывунов и так далее. Ведь при одинаковых условиях, грунт, который укреплен инженерными и геологическими методами, будет способен выдерживать большую нагрузку от фундамента здания.

Также, укрепление грунта происходит при его перемешивании с укрепляющими добавками. Перемешиваясь, грунт становится однородным и обладает повышенными техническими характеристиками.

Если грунт становится прочнее, то при одинаковой нагрузке от здания, можно использовать фундамент меньшего размера или выбрать другой, менее затратный вид фундамента. Это дает снижение экономической составляющей строительства.

Так как для конечного потребителя стоимость строительства снижается, то это дает конкурентное преимущество компании, которая применяет методы укрепления грунта. Отсюда следует, что эта тема актуальна не только для строительства, но и должна заинтересовать всех людей в целом.

Все грунты можно условно подразделить на абсолютно надёжные, ненадёжные и малонадёжные. Абсолютно надёжные грунты представляют собой очень плотный слой, который способен выдержать любые нагрузки от фундамента. Малонадёжные грунты чаще всего требуют уплотнения для повышения несущей способности и снижения деформируемости. На сегодняшний день существует множество методов закрепления грунта, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Чаще всего область применения метода так или иначе ограничена типом грунта. К малонадёжным грунтам относится глинистые грунты.

Для повышения несущей способности и снижения деформаций глиняных оснований существует множество способов укрепления. Разделим эти способы на следующие три группы; механические методы укрепления, связанные с армированием грунта; химические методы укрепления грунта, которые связаны с добавлением растворов в грунт.

Первая рассматриваемая группа – физические методы закрепления глиняных грунтов. Основными способами укрепления глиняных грунтов при физическом воздействии являются: термическое укрепление, замораживание.

Сущностью термическое укрепление грунта является преобразование структурных связей в грунте под воздействием высоких температур. Осуществляется либо нагнетанием в грунт под давлением воздуха, подогретого до температуры 600–800 °С, либо в результате сжигания топлива (солярное масло, мазут, природный газ и т.д.) в герметически закрытых скважинах, пробуренных для этой цели. После закрепления возрастают прочность и водостойкость грунтов, а также устраняются их просадочные свойства. Для такого метода подходят неводонасыщенные пылевато-глинистые грунты. Преимуществом данного способа является относительно быстрый набор прочностных характеристик. Недостатком является сложность и дороговизна данного метода.

Искусственное замораживание используется для того, чтобы избежать проникания грунтовой воды или водонасыщенных неустойчивых грунтов в сооружаемую выработку, которое создает прочное ограждение, имеющее в плане круглую или прямоугольную форму из замороженного грунта. Чтобы грунты замораживались, по большей части используют холодильный агент или хладагент (чаще всего охлажденный водный раствор хлористого кальция). Недостатком также является сложность данного метода. Его используют, в основном, только в лабораториях МГУ и в шахтах.

Вторая группа – механические способы укрепления грунтов. Механические методы предполагают внедрение в грунт элементы из различных материалов, обладающих высокой прочностью при работе на растяжение. Для глиняных грунтов подходят такие способы, как забивка свай, применение волокнистых материалов.

Использование волокнистых материалов, а именно – геосинтетиков, для укрепления грунтовых оснований в настоящее время стало популярным. Этому способствует их большое разнообразие, простота и эффективность технологии. Существует несколько разновидностей геосинтетических материалов. Например, геосетка, георешётка и т.д. Они используются прежде всего для армирования грунтовых оснований с целью укрепления, учитывая их особое строение, когда зажатый между ячейками георешетки грунт не может перемещаться от действующих нагрузок и все растягивающие напряжения передаются на георешетку. Преимуществом данного метода является простота производства работ, применение в стесненных условиях, экологичность, низкая материалоемкость и экономичность метода.

Усиление массива грунта может быть также осуществлено при помощи свай. С этой целью используются различные типы свай. Конструкции свай, применяемых для усиления грунтов, и технологии их устройства постоянно совершенствуются. Усиление сваями является одним из наиболее простых с технологической точки зрения способов и позволяет обеспечить значительную экономию материалов по сравнению с полной выемкой слабых грунтов и заменой их на более прочные. Преимуществом метода является экономия материалов (изготавливают любой длины), возможность производства работ вблизи зданий и сооружений, отсутствие значительных динамических воздействий.

Строительство в сложных гудротехнических условиях требует особого профессионализма, поэтому особенно важно выбирать надежных исполнителей. В ВГТУ на кафедре Строительных Конструкций, Оснований и Фундаментов работает много преподавателей в этом направлении. Ими было предложено применить метод объемного усиления грунта основания на набережной Массалитинова в г.Воронеже.

Основные этапы этого способа:

Разработка котлована.
Добавление цемента и воды.
Введение шлака.
Перемешивание компонентов.

В результате этого, техника может начинать работу уже н второй день после мероприятий.

Также в лаборатории ВГТУ проводились испытания. В результаты прочность была в районе 4,5-7 МПа.

Третья рассматриваемая группа – химические методы закрепления грунтов, которые довольно популярны в наше время. Все химические процессы происходят вследствие химического взаимодействия реагентов, вводимых в грунт, между собой, а также с минеральными частицами. Экономическая целесообразность методов неоднозначна и требует тщательного анализа в каждом конкретном случае: с одной стороны, довольно дешевые растворы, с другой – дорогостоящее оборудование. Для глиняных грунтов подходят такие способы, как использование энзимов и струйная цементация

Метод укрепления грунтов с помощью энзимов используется для укрепления грунтов под линейные объекты строительства (дороги, железные дороги, трубопроводы и т.д.). Энзимы можно отнести к высокомолекулярным белкам. В полимерной структуре энзимов есть полости, которые включают гидрофобные и гидрофильные радикалы и группировки. Поверхностное натяжение воды уменьшается, если растворить в ней фермент, поскольку энзимы обладают свойствами поверхностно-активных веществ и действуют как гидрофобизаторы. В результате молекулярное и электростатическое взаимодействие между частицами грунта усиливается. Создается более плотный грунт, так как структура воды изменяется, что способствует ее интенсивному удалению. Из-за особого строения энзимов при их оседании на частицах грунта формируются прочные водородные связи. Преимуществом метода является экономия затрат на этапах строительства и эксплуатации.

На сегодняшний день встречается все больше информации о применении метода струйной цементации. Суть технологии состоит в одновременном разрушении грунта и смешивании его с цементным раствором, поступающим в грунт под большим давлением. В результате после затвердевания цементного раствора образуется другой материал – грунтобетон, который обладает качественными характеристиками (прочностными и деформационными). Устройство свай из грунтоцемента производится в два этапа – в стадиии прямого хода, и в стадии обратного хода буровой колонны. В первом этапе бурят лидерную скважину до проектной отметки. Во втором этапе подают цементный раствор под высоким давлением в форсунки монитора, находящимся на нижнем конце буровой колонны, и поднимают колонну, одновременно вращая ее. Можно выделить три вида технологии: 1. Однокомпонентная технология (Jet 1). Грунт разрушают струей цементного раствора под давлением 40–50 МПа. Эта технология требует минимального комплекта оборудования и считается на порядок проще, но диаметр получившихся свай также является наименьшим (0,6 м для глин и 0,7–0,8 для песчаных грунтов) по сравнению с другими вариантами технологии. 2. Двухкомпонентная технология (Jet 2). Для того чтобы увеличить длину водоцементной струи, в этом варианте используется энергия сжатого воздуха. С целью избежания перемешивания сжатого воздуха и цементной смеси используют специальные двойные полые штанги (по внешней полости подают цементный раствор, а по внутренним – сжатый воздух). Диаметр свай в глинах составляет около 1,2 м, а в песках – 1,5 м. 3. Трехкомпонентная технология (Jet 3) состоит из двух этапов. На первом этапе происходит размыв грунта водовоздушной струей для образования полостей. Второй этап предполагает заполнение полученных полостей цементно-песчаным раствором. Основным достоинством этого варианта является получение колонн, состоящих из чистого цементного раствора. К недостаткам относим сложность схемы, необходимость использования тройных штанг, а также другого дополнительного технологического оборудования. В результате возможны сваи диаметром 2,5 м. Технологическое оборудование, необходимое для данного метода, состоит из миксерной станции, цементировочного насоса высокого давления, силоса для хранения цемента и буровой установки. Для технологии Jet 2 дополнительно необходим компрессор, а для технологии Jet 3 – компрессор и второй насос для нагнетания цемента.

В каждом отдельном случае выбор того или иного метода индивидуален. Необходимо проанализировать его с разных сторон – будь то область применения, экономические составляющие или преимущества и недостатки. Кроме того, различные методы могут быть объединены, чтобы справиться с большим диапазоном ситуаций.

Вывод

Несмотря на то, что глина является малонадёжным грунтом, его можно использовать в качестве основания для фундаментов разной сложности. Современные технологии и методы укрепления грунтов приводят к увеличению энергоэффективности, снижению затрат и позволяют решать сложные инженерные задачи.

Источник

Способы усиления грунтов и фундаментов

Укрепление грунтов в близи фундамента может потребоваться как при новом строительстве, так и при ремонте уже существующего фундамента здания. Усиление основания необходимо для повышения несущей способности опорной части дома, предотвращения равномерных и неравномерных деформаций, появления трещин.

Своевременные мероприятия по усилению грунта позволят продлить срок службы фундаментов, предотвратить или отсрочить появление различных повреждений (трещины, сколы). Методов проведения работ существует большое количество. Выбор между ними зависит от масштаба проблемы и типа грунта на участке. К основным способам можно отнести:

механический;
электрохимический;
инъектирование;
термический;
электроосмос.

При выполнении любых мероприятий необходимо руководствоваться СП 45.13330.2012, пунктами 16 и 17.

Механическое усиление основания

Такой вариант подойдет для стабилизации грунта при новом строительстве. Использовать его для ремонта затруднительно без разборки фундаментов. Для предотвращения подвижек и деформаций можно применять один из следующих способов механических воздействий на почву:

Частичная замена грунта и устройство песчаных подушек. Чтобы усилить очень слабые грунты таким методом, потребуется вложить много усилий. Но для не достаточно прочных оснований вариант поможет предотвратить деформации и ослабить воздействие морозного пучения.
Трамбовка и уплотнение. Мероприятия проводятся с помощью катков или виброинструментов. Также возможно укрепить грунт плитами, сбрасываемыми с большой высоты.
Грунтоцементные сваи (цементация путем смешения цементного раствора с грунтом буросмесительным способом). Этот способ активно используется при строительстве подземных сооружений, защите склонов от обрушения. Суть заключается в том, что одновременно с работой бура в грунт подается закрепляющий раствор, который перемешивается с почвой и застывает. Вариант подойдет для слабых торфяных грунтов. Вместо грунтоцементных свай иногда используют железобетонные буронабивные. Шаг элементов назначается небольшим, они устанавливаются практически вплотную друг к другу.

Механические методы укрепления грунтов достаточно трудоемки и требуют наличия специальной техники.

Электрохимический способ для глинистых и илистых почв, пылеватых песков

В этом случае в почву через трубы подаются специальные химические вещества. Одновременно выполняются три действия:

прохождение электрического тока через грунт;
подача в грунт растворов солей через электрод со знаком «+» (анод);
откачка грунтовой воды через электрод со знаком «—» (анод).

При прохождении электрического тока область закрепления грунта насыщается различными солями. Почва при этом уплотняется. Среди всех способов закрепления основания под строящимися или существующими фундаментами электрохимический можно назвать одним из самых дешевых. Но увеличение стоимости электроэнергии приводит к повышению затрат на строительные работы.

Инъектирование сыпучих грунтов и болотистых почв

Метод актуален при необходимости укрепления песков и крупнообломочных пород. Суть заключается в введении в основание специального вяжущего вещества, которое надежно скрепляет сыпучий или слабый материал в единое целое. Перед выполнением работ стоит ознакомится с пособием к СНиП 3.02.01-83 по химическому закреплению грунтов инъекцией в промышленном и гражданском строительстве.

К преимуществам использования инъекционных установок можно отнести: малые габариты техники, сокращение буровых работ, возможность применения для труднодоступных мест и стесненных участков и высокую производительность. В зависимости от используемого раствора рекомендуемая область применения отличается:

Цементация и битумизация инъекторами подойдут для связывания крупнообломочных и гравийных почв, размер фракции которых достаточно велик. В качестве рабочего материала также иногда используют глину с высокой прочностью.
Силикатизация позволит усилить песчаные основания любой фракции. Закрепление грунта в этом случае проводится жидким стеклом. Также вариант применим для лессовых отложений. При выполнении мероприятий жидкое стекло можно заменить на смолу. Точный состав раствора для укрепления зависит от типа почвы.

Цементация грунта инъекцией.

Чаще всего раствор нагнетается в почву инъекторами через заранее пробуренные скважины. Основное оборудования для производства работ представлено буровыми установками, мощными насосами и миксерами для приготовления раствора.

Важно, чтобы частицы цемента свободно проходили между частицами основания. По этой причине метод нагнетания цемента, битума или жидкого стекла не подойдет для глинистых почв. Эти породы не пропускают даже воду.

Подбор раствора для выполнения мероприятий станет достаточно сложной задачей. Лучше доверить такое усиление фундаментов профессионалам. Кроме привычных составов возможно применение микроцементных и геополимерных растворов.

Термическое закрепление лессов

Для выполнения задачи применяются раскаленные газы. По этой причине усиливаемая порода должна обладать высокой газопроницаемостью. Грунты обжигают двумя методами:

под отдельно стоящие фундаменты здания (столбы, сваи);
весь массив под домом.

В обоих вариантах для термической обработки используют скважины, в которые помещается камера сгорания для топлива (солярка, горючий газ). Во втором случае скважины размещают так, чтобы границы зон упрочнения соприкасались.

Топливо моет сжигаться только в верхней части скважины или поочередно по всей ее высоте. Здесь все зависит от имеющегося оборудования. Во втором случае оно должно позволять перемещать камеру сгорания.

Схемы термического закрепления грунтов.

Температура обработки лессов не должна превышать 750—850°С. В противном случае порода станет непроницаемой для газов. Средняя продолжительность воздействия высоких температур составляет 5—12 суток. В результате принятых мер структура основания уплотняется, появляются прочные структурные связи, устойчивые к воздействию влаги.

Электроосмос для глин

Из-за низкой проницаемости глинистых оснований их усиление другими методами может быть затруднено. Способ электроосмоса отлично подойдет для водонасыщенных грунтов. Метод схож с электрохимическим, но не подразумевает использования специальных растворов.

При электроосмосе связанная вода стремиться к отрицательному электроду.

В грунт погружают два электрода (положительный и отрицательный). При пропускании тока происходит частичное уплотнение структуры. Связанная с почвой влага скапливается у отрицательного катода. Электрод должен быть выполнен в виде перфорированной трубы, через которую можно выполнить откачку жидкости.

Степень уплотнения зависит от времени воздействия электрического тока на основание. Одновременно метод позволяет укрепить основание и осушить его. Стержень-анод после выполнения работ частично разрушается.

Грамотное укрепление грунтов на этапе строительства или реконструкции позволит увеличить срок эксплуатации всего дома. Перед началом работ потребуется выполнить геологические изыскания и определить тип грунта на участке. При этом стоит руководствоваться ГОСТ «Грунты. Классификация».

Совет! Если вам нужны строители для возведения фундамента, есть очень удобный сервис по подбору спецов от PROFI.RU. Просто заполните детали заказа, мастера сами откликнутся и вы сможете выбрать с кем сотрудничать. У каждого специалиста в системе есть рейтинг, отзывы и примеры работ, что поможет с выбором. Похоже на мини тендер. Размещение заявки БЕСПЛАТНО и ни к чему не обязывает. Работает почти во всех городах России.

Если вы являетесь мастером, то перейдите по этой ссылке, зарегистрируйтесь в системе и сможете принимать заказы.

Источник

Услуга	Цена
Инъектирование сухих трещин полимерными составами	от 1 400 руб/п.м.
Инъектирование холодных швов бетонирования цементными составами (микроцементы)	от 1 700 руб/п.м.
Инъектирование холодных швов бетонирования полимерными составами	от 1 500 руб/п.м.
Инъектирование сухих трещин цементными составами (микроцементы)	от 1 600 руб/п.м.
Инъектирование влажных и напорных трещин полимерными составами	от 1 700 руб/п.м.
Инъектирование влажных и напорных трещин цементными составами (микроцементы)	от 1 900 руб/п.м.
Устройство отсечной гидроизоляции методом инъектирования полимерными составами	от 1 800 руб/п.м.
Устройство отсечной гидроизоляции методом инъектирования цементными составами (микроцементы)	от 1 800 руб/п.м.
Герметизация деформационных швов методом инъекцией	от 1 500 руб/п.м.
Герметизация мест прохода коммуникаций	от 6 000 руб/шт
Усиление кирпичной и каменной клади цементными составами (микроцементы) методом инъецирования	от 2 200 руб/м2
Усиление кирпичной и каменной клади полимерными составами методом инъецирования	от 3 100 руб/м2

Укрепление глинистых грунтов основания фундаментов

Инъекционные работы

ВИДЫ ВЫПОЛНЯЕМЫХ РАБОТ

Содержание технологии

Наши услуги

Стоимость работ