ЗАЩИТА ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ОТ ПОВРЕЖДЕНИЙ ПУТЕМ УЛУЧШЕНИЯ СВОЙСТВ СТРОИТЕЛЬНОГО ГРУНТА
Хотя мероприятия, имеющие своей целью улучшение свойств строительного грунта, и представляют собой особую область инженерно-строительного дела, тем не менее архитекторы-проектировщики должны быть в курсе тех возможностей, которыми располагает сегодняшняя строительная техника для того, чтобы грунты со слабой несущей способностью смогли воспринять нагрузки от фундаментов зданий и сооружений.
Так как поверхностное уплотнение грунтов путем трамбования применяется в основном в дорожном строительстве, то в настоящей книге мы коснемся только лишь некоторых методов улучшения свойств грунтов, которые характерны для многоэтажного строительства.
К этим методам относятся: методы замены грунтов; глубинное уплотнение грунтов; инъектирование.
Методы замены грунтов. Эти методы применяются при наличии слабых естественных оснований, имеющих незначительную глубину и ширину. При устройстве отдельно стоящих и ленточных фундаментов в большинстве случаев грунтовые слои с малой несущей способностью срезаются и заменяются несвязным грунтом, например гравийно-песчаной смесью. Слой засыпки должен иметь общую толщину, равную примерно двум ширинам фундамента. Засыпка нового грунта ведется послойно, причем толщина каждого вновь насыпаемого слоя должна быть меньше предыдущего. При незначительной общей глубине слоя грунта с малой несущей способностью вместо гравийной смеси может быть применен тощий бетон.
Для очень мягких оснований при большом водосодержании с успехом можно применять вытеснение грунта путем насыпки грунтового слоя с высокой несущей способностью. Так как этот способ применяется в основном для замены слабых грунтов органического происхождения (болотные почвы и торфяники), которые обычно не рассматриваются в качестве оснований для многоэтажных зданий, тс более подробно останавливаться на такой методике нет необходимости. Этот способ применим при устройстве земляных насыпей, а для строительства на болотистых грунтах многоэтажных зданий необходимо устраивать фундаменты глубокого заложения (см. 1.2.4.2).
Глубинное уплотнение грунтов. Известно, что в обычных условиях глубина зоны, в которой грунт испытывает нагрузки от объектов строительства, примерно равна двух- или трехкратной ширине фундамента. Глубинное уплотнение грунтов рассчитано, однако, на более глубокое уплотнение оснований — до 35 м включительно. Недостатком этой методики является неизбежное сотрясение грунта, которое может причинить вред соседним постройкам.
Метод глубинного уплотнения грунта с помощью забивки свай, при котором деревянные или стальные трубчатые сваи забиваются в грунт, затем вытаскиваются из него, а в остающиеся пустоты засыпается гравийно-песчаная смесь с послойной трамбовкой, сегодня почти нигде уже не применяется.
Виброуплотнение грунта более эффективно, нежели глубинное уплотнение с помощью забивки свай. Цилиндрический корпус диаметром 35—40 см и длиной 3 м, подвешенный на передвижном приспособлении, с помощью вибратора погружается в грунт, подмываемый напорной струей воды. Уплотнение грунта на необходимую глубину происходит за счет того, что вибратор эксцентрично колеблется вокруг своей продольной оси. Затем вибратор вытягивается из образовавшейся скважины, давление воды уменьшается, и искусственно намытый наносный песок уплотняется под собственным весом вышележащих слоев грунта. На месте ввода подвесной водонапорной трубы образуется за счет оседания грунта впадина, которая заполняется несвязным грунтом.
Образование каменного каркаса является практически комбинацией виброуплотнения и замены грунтов. При этом траншеи под фундамент роются сначала до более глубоких отметок, чем проектные отметки подошвы фундамента, для того чтобы можно было осуществить необходимые мероприятия по уплотнению основания. Образовавшийся объем заполняется крупным камнем, который послойно впрессовывается в дно котлована с помощью поверхностного вибратора.
Благодаря этим мерам мягкое основание весьма эффективно закрепляется. Остальная часть выемки до уровня будущей подошвы фундамента заполняется камнем с послойным вибрированием до тех пор, пока не будет зафиксировано прекращение осадки. В заключение наносится выравнивающий слой бетонной подготовки, после чего приступают к работам по устройству фундаментов.
Вертикальный дренаж. С целью получения более полного представления о методах усиления грунтов следует упомянуть о вертикальном дренаже, хотя последний и редко применяется в многоэтажном строительстве. Этот метод основан на искусственном ускорении осадок от веса зданий и сооружений, которые в связных грунтах длятся зачастую многие годы. Вертикальный дренаж в силу вызванного им изменения структуры грунта сокращает путь поровой воды, благодаря чему осадки хотя и не становятся меньше, но сроки их прохождения сокращаются, так что после окончания строительства осадки грунта фактически уже затухают.
Инъектирование. Улучшение грунтов путем инъектирования основано на том, что в пустоты грунта под давлением запрессовываются. химические растворы, суспензии вяжущих или битумные эмульсии, благодаря чему достигается закрепление оснований или уменьшение их водопроницаемости. Ведение таких работ следует поручать специализированной фирме, имеющей соответствующий опыт и оборудование. При этом необходимо соблюдать требования норм DIN 4093 и DIN 18309.
При химическом инъектировании трубы, через которые нагнетается инъектируемый раствор (инъекторы), вводят с шагом 50— 100 см в грунт, подлежащий закреплению, или под фундамент здания, которое надо защитить от осадки. При введении перфорированных труб-инъекторов, которое производится постепенно, в них нагнетается раствор силиката натрия, а при вытягивании труб — раствор хлористого кальция; эти вещества образуют силикат кальция, который закрепляет гравийно-песчаные грунты, увеличивает их водонепроницаемость и кислотостойкость. Более современная методика химического инъектирования рассчитана на применение одного химиката, к которому добавляются катализатор и органический кислотообразователь; при этом достигается повышение вязкости, так что можно пользоваться этим способом в мелких песках и в пылеватых грунтах.
Преимущество химического инъектирования заключается в небольших площадях, на которых размещается необходимое оборудование (в том числе трубы, занимающие мало места), а также в возможности осуществлять инъектирование грунта под подошвой фундамента существующего дома непосредственно из подвала здания, т. е. не производя никаких вскрышных работ вокруг здания. Это имеет существенное значение при реконструкции и восстановительном ремонте старых домов. Таким методом можно подводить новые фундаменты под существующие сооружения, если мы хотим избежать обычных в таких случаях работ по укреплению фундамента каменной кладкой, которые ведутся поэтапно и связаны с большим объемом подготовительных и предохранительных мероприятий, а также если подведение фундаментов традиционными методами (см. 1.3) невозможно в силу конкретных условий строительства.
В случаях инъектирования суспензий обычно применяют цементные суспензии, с помощью которых прочность несвязных грунтов доводится до прочности бетона. В грунтах с более мелкими порами применяют цементную муку особо мелкого помола (коллоидный цемент) или же нагнетают в грунт комбинированную цементно-глиняную суспензию. С помощью инъектирования цементных суспензий песчаные и гравийные грунты защищаются от потери несущей способности под нагрузкой, причем грунты с очень малой несущей способностью превращаются в прочные основания, способные выдержать не только большие статические, но и динамические нагрузки (вибрацию).
При инъектировании эмульсий в основание запрессовывают жидкий битум с водой в качестве эмульгатора и добавками стабилизирующего вещества. Нагнетенная в грунт эмульсия оказывает коагулирующее действие, существующие в грунте поры превращаются в систему замкнутых пустот, в результате чего в грунте возникает водонепроницаемая зона. Следует подчеркнуть, что путем инъектирования битумных эмульсий нельзя закрепить основание, а можно лишь сделать его водонепроницаемым.
А.Грассник, В.Хольцапфель, Бездефектное строительство многоэтажных зданий. — М.: Стройиздат, 1980