Уплотнение грунтов — искусственное преобразование свойств грунтов в строительных целях без коренного изменения их физико-химического состояния; представляет собой процесс взаимного перемещения частиц грунта, в результате которого увеличивается число контактов между ними в единице объёма вследствие их перераспределения под действием прилагаемых к грунту механических усилий. Один их методов технической мелиорации грунтов.
Механизм уплотнения
Уплотнение грунтов обычно протекает как процесс вытеснения из них газообразной (воздуха) и жидкой фазы (воды), вследствие чего происходит сближение твердых частиц и грунт, состоящий из трех фаз (твердая, жидкая — поровый раствор, газ) переходит в состояние, близкое к двух фазной системе — грунтовой массе; при максимальном уплотнении грунт содержит не более 3-5 % воздуха. Наибольшее уплотнение достигается при оптимальной для каждого грунта влажности.
Область применения
Уплотнение грунтов производится для обеспечения их заданной плотности и уменьшения величины и неравномерности последующей осадки оснований и земляных сооружений. При уплотнении грунтов увеличивается их прочность, уменьшается сжимаемость и фильтрационная способность. Степень уплотнения грунтов оценивается по объемной масса его скелета: уплотненным называется (условно) грунт объемная масса скелета которого 1,6 т/м3. Уплотнение грунтов получило распространение в гидротехническом, автодорожном, железно-дорожном строительстве, при выполнении земляных работ, связанных с вертикальной планировкой застраиваемых территорий, при засыпке котлованов и траншей после устройства фундаментов, прокладке подземных коммуникаций и т. д. Весьма эффективно уплотнение грунтов при подготовке оснований на неоднородных (по сжимаемости) насыпных, просадочных и водонасыщенных глинистых грунтах.
Методы
Для уплотнения грунтов применяют: укатку, трамбование, вибрирование, гидравлический способ (намыв), уплотнение лессовых грунтов замачиванием, сейсмоуплотнение (уплотнение взрывами), а также сочетание двух способов: например, вибрирование с трамбованием (виброудар), вибрирование с нагнетанием воды (гидровиброуплотнение) и т. п. Весьма эффективно для уплотнения слабых грунтов применение т. н. грунтовых свай и т. н. гранулометрических добавок. При поверхностном уплотнении грунтов применяют катки дорожные, трамбовочные машины, вибраторы, виброплиты и т. п. Глубинное уплотнение грунтов производят при оптимальной влажности; если естественная влажность грунта меньше оптимальной, его предварительно увлажняют. Контроль качества уплотнения грунтов осуществляют статическим и динамическим зондированием, а также отбором образцов из уплотненного слоя с целью исследования его прочности, деформационных и фильтрационных свойств.
Уплотнение бетонной смеси
... упаковки среди других, что в конечном итоге приводит к получению плотной бетонной смеси. Второй причиной уплотнения бетонной смеси при вибрировании является свойство переходить во временно текучее состояние под действием приложенных ...
Уплотнение грунтов производится главным образом для обеспечения их заданной плотности и, следовательно, уменьшения величины и неравномерности последующей осадки оснований и земляных сооружений. При У. г. повышается их прочность, уменьшаются сжимаемость и фильтрационная способность. При уплотнении водонасыщенных грунтов происходит отжатие воды из пор грунта. Степень уплотнения грунтов оценивается плотностью грунта, т. е. объёмной массой его скелета (высушенного грунта).
Уплотнённым называется (условно) грунт, объёмная масса скелета которого равна не менее 1,6 т/м3.
Уплотнение грунтов получило распространение в гидротехническом, автодорожном и ж.-д. строительстве, при выполнении земляных работ, связанных с вертикальной планировкой застраиваемых территорий, при засыпке котлованов и траншей после устройства фундаментов, прокладки подземных коммуникаций и т.п. Весьма эффективно уплотнение грунтов при подготовке оснований под здания и сооружения, возводимые на неоднородных (по сжимаемости) насыпных, просадочных и водонасыщенных грунтах.
Различают поверхностное и глубинное уплотнение грунтов При поверхностном Уплотнение грунтов. применяют катки дорожные, трамбующие машины, и т.п. Глубинное Уплотнение грунтов производится с помощью вертикальных песчаных дрен, свай, гидровиброуплотнением и др. способами. Поверхностное Уплотнение грунтов производят при оптимальной влажности грунта. Если природная влажность грунта меньше оптимальной, его предварительно увлажняют. Для контроля качества Уплотнение грунтов осуществляют статическое и динамическое зондирование грунтов, а также отбор образцов грунта из уплотнённого слоя с целью исследования его прочностных, деформационных и фильтрационных свойств.
Качество уплотнения грунта обусловливается прежде всего его гранулометрическим составом, исходной влажностью, видом и техническими характеристиками грунтоуплотняющих машин, правильной организацией их работы. Как уже отмечалось, наилучшие результаты уплотнения достигаются при оптимальной влажности грунта (зависит от его гранулометрического состава).
Для уменьшения сил сцепления и повышения эффекта уплотнения грунтов требуется либо высушить грунт до влажности 2 — 3 %, либо наоборот, увлажнить до значений оптимальной влажности. Второй путь наиболее рационален и широко применяется в практике. Уплотняемость грунтов различного гранулометрического состава в значительной степени зависит также от характера внешнего воздействия, оказываемого на него уплотняющим средством.
2. Способы уплотнения
Различают четыре способа уплотнения: трамбование, укатка, вибрирование и вибротрамбование.
1. Вибрирование используется для уплотнения песчаных грунтов, в которых отсутствуют или ничтожно малы силы сцепления.
Колебания минеральных частиц, вызванные виброустановками, обеспечивают наиболее плотную их укладку. На качество уплотнения оказывает существенное влияние не только гранулометрический состав грунта, но и характеристики виброуплотнителей, такие как частота и амплитуда колебания, площадь опорной части, масса.
Лессовые просадочные грунты
... свайные фундаменты с опиранием свай на непросадочные грунты (сваи-стойки) и при соответствующей записи в техническом задании допускается не определять указанные специфические свойства просадочных грунтов. ... коэффициент неоднородности часто бывает не более 5. Состав и строение грунтов Для просадочных лессовых грунтов обычно характерны: высокая пылеватость (содержание частиц размером 0,05-0,005 ...
Толщина слоя, уплотняемого современными вибрационными машинами, составляет 30 — 50 см. Технологическая схема виброуплотнения грунта такая же, как и при трамбовании, — челночная или спирально-кольцевая.
В настоящее время большое распространение в практике строительства получили уплотняющие машины комбинированного действия — вибротрамбующие, виброкатки и др. Их главное преимущество состоит в сочетании таких положительных качеств, как увеличение импульса силы и продолжительности ее воздействия на уплотняемый грунт. Так, например, вибротрамбовки двойного и тройного действия обеспечивают уплотнение грунта до значений 1,0 — 1,1 естественного состояния при толщине слоя до 100 — 120 см.
2. Укатка выполняется самоходными и прицепными катками на пневматическом ходу. Усилие уплотнения достигается за счет высоких контактных напряжений, создаваемых силой тяжести катка и балластного пригруза на плоскости (линии) качения (до 8 МПа).
Пневмоколесные катки могут быть одноосные (массой 10 — 25 т), двухосные прицепные (массой до 50 т) и полуприцепные (одно-или двухосные массой до 100 т).
Легкими катками требуемое уплотнение рыхлых грунтов слоем 20 — 30 см достигается при ширине захвата до 2,5 м. Тяжелые прицепные пневмокатки массой 25 — 50 т обеспечивают уплотнение грунта слоем 35 — 50 см при ширине захвата 2,5 — 3,3 м. Применение полуприцепных пневмокатков наиболее эффективно, они обеспечивают качественное уплотнение связных и несвязных грунтов слоем 40 — 50 см при ширине захвата 2,7 — 2,8 м. Все приведенные выше показатели получают за 4 — 12 проходов катка по одному следу (в зависимости от массы катка).
Барабанные катки прицепные и самоходные являются менее эффективными по сравнению с кулачковыми в связи с большой площадью распределения давления.
Для повышения контактного давления на уплотняемый грунт и достижения высоких показателей используются кулачковые или решетчатые катки. Кулачки представляют собой стальные профильные штыри длиной 200 — 300 мм, приваренные по окружности к обечайке барабана. Такие катки применяются для уплотнения только связных грунтов. При уплотнении грунтов из крупнообломочных пород вместо кулачков на поверхность барабанов приваривают стальные решетки из уголка или другого стального профиля. Кулачковые и решетчатые катки обеспечивают уплотнение грунтов слоем 25 — 50 см при ширине захвата 2,7 — 3,3 м за 4 — 10 проходов по следу.
Укатка каждого слоя грунта осуществляется, как правило, по спирально-кольцевой схеме. Длина захватки принимается 250 — 300 м. При уплотнении грунтов на захватках малой ширины (затрудняются повороты катков) применяются главным образом самоходные барабанные катки, перемещающиеся по возвратно-поступательной схеме.
3. Трамбование производится трамбующими плитами массой 1-=2 т, сбрасываемыми с высоты 1 — 2 м с помощью крана. Данный способ применяется для уплотнения главным образом связных грунтов, обладающих явно выраженной пластической деформативностью, однако может быть получен эффект и при уплотнении песчаных грунтов. Машины типа Д-471 имеют две плиты, поочередно сбрасываемые с помощью шатунно-кривошипного механизма.
4. Укладка грунта в земляные сооружения по времени совмещена с его разработкой и осуществляется, как правило, этими же машинами (бульдозерами, скреперами, многоковшовыми экскаваторами).
Деформация грунтов и осадка фундаментов
В. Малышевым и др. Разработка вопросов оценки деформаций грунтов и расчета осадки фундаментов, начатая за рубежом К. Терцаги, получила в нашей стране в связи с ... при устройстве подземных частей сооружений. Таким образом, при проектировании и возведении фундаментов и заглубленных в грунт частей сооружений инженер-строитель должен правильно оценивать инженерно-геологические условия ...
Исключение составляет разработка экскаваторами с автомобильной возкой, а также засыпка пазух и траншей. При автомобильной возке грунта и разгрузке его в тело насыпи необходимо производить разравнивание насыпаемых слоев с уплотнением.
Разравнивание производится сначала бульдозерами, а более тщательно — специальными планировочными машинами (автогрейдерами).
Благодаря способности рабочего органа машины (отвала) изменять свое положение в любой из трех плоскостей пространства, при разравнивании слоя достигается выдерживание не только его толщины, но и поперечного профиля. Ввиду большого радиуса поворота основной схемой движения автогрейдера является возвратно-поступательная. Наличие угла резания позволяет смещать излишний грунт к середине насыпи.
Отсыпка земляных сооружений может производиться из однородного или разнородного грунта чередующимися слоями. В целях обеспечения естественного отвода от насыпи атмосферных осадков нижележащим слоям из связных грунтов придается уклон до 0,004 в сторону бровки. Дренирующие же грунты отсыпаются горизонтальными слоями от бровки к оси насыпи, для того чтобы обеспечивалась лучшая уплотняемость грунта за счет возникающего «пригруза» на крайних участках. Смешивание в пределах одного слоя грунтов различной фильтрующей способности (например, песок и суглинок) не допускается, так как это приводит к переувлажнению связных грунтов и снижению их несущей способности.
В тех случаях, когда насыпь возводится до высоты 3 м на водо-насыщенных грунтах основания, отсыпка производится от середины насыпи к бровке. Такой порядок определяется более благоприятными условиями для отжатия грунтовой воды из основания. Свыше 3-метровой отметки насыпь отсыпается от краев к середине.
При засыпке пазух фундаментов и траншей с инженерными сетями во избежание нежелательных односторонних боковых нагрузок на конструкции укладка и уплотнение грунта производятся равномерно с обеих сторон от конструктивных элементов.
Надежность функционирования земляных сооружений, в частности насыпей, дамб, перемычек, в решающей степени зависит от тщательности уплотнения грунта. Для большинства насыпей и засыпок пазух коэффициент уплотнения грунтов должен быть 0,90 — 0,98. Уплотнение насыпей за счет движения землеройно-транспортных машин и автосамосвалов позволяет повысить коэффициент уплотнения грунта с 0,76 до 0,85 (в отдельных случаях до 0,90), что явно недостаточно для достижения безусадочной его работы.
Качество уплотнения грунта обусловливается, прежде всего, его гранулометрическим составом, исходной влажностью, видом и техническими характеристиками грунтоуплотняющих машин, правильной организацией их работы. Как уже отмечалось, наилучшие результаты уплотнения достигаются при оптимальной влажности грунта (зависит от его гранулометрического состава).
Для уменьшения сил сцепления и повышения эффекта уплотнения грунтов требуется либо высушить грунт до влажности 2 — 3 %, либо наоборот, увлажнить до значений оптимальной влажности. Второй путь наиболее рационален и широко применяется в практике. Уплотняемость грунтов различного гранулометрического состава в значительной степени зависит также от характера внешнего воздействия, оказываемого на него уплотняющим средством.
Возведение фундаментов в вытромбованных котлованах
... возведения фундаментов в вытрамбованных котлованах состоит в том, что котлованы под отдельные фундаменты не отрываются, а вытрамбовываются на необходимую глубину (0,6-3 м) с одновременным уплотнением грунтов вокруг и под дном котлована. Вытрамбовывание котлованов производится ...
Уплотнение просаленных грунтов.
Способы уплотнения просадочных грунтов для устройства оснований зданий и сооружений, включая поверхностное уплотнение тяжелыми механизмами, уплотнение с устройством грунтовых подушек, трамбование котлованов, уплотнение грунтовыми сваями и уплотнение предварительным замачиванием, определяются проектом.
Опытное уплотнение производят для всех разновидностей применяемых грунтов не менее чем при трех значениях их влажности, в том числе влажности на границе раскатывания, а также увеличенной и уменьшенной на 20%. После уплотнения грунта на опытном участке определяют плотность и влажность уплотненного грунта на двух горизонтах, соответствующих верхней и нижней частям уплотненного слоя.
При опытном трамбовании после каждых двух ударов трамбовки замеряют понижение дна котлована. Нивелирование выполняют по верху трамбовки в двух диаметрально противоположных точках. В центре опытного котлована для контрольного определения размеров уплотненной зоны отрывают шурф на глубину, равную двум диаметрам или двойной ширине основания трамбовки, с отбором проб грунта по глубине и в сторону от центра через 0,25 м.
При проведении опытного уплотнения в акте необходимо указать следующие данные:
- при поверхностном уплотнении трамбованием — размеры, вес и число проходов трамбующей машины по одному следу;
- при поверхностном уплотнении укаткой — величину отсыпаемых слоев и режим работы механизмов;
- при вытрамбовывании котлованов — размеры трамбовки и режим работы механизмов, а при вытрамбовывании котлованов с уширенным основанием дополнительно указывают размеры уширения;
- при глубинном уплотнении грунтовыми сваям — характеристику применяемого оборудования, общий объем и объем отдельных порций грунта, засыпаемого в скважины, толщину верхнего недоу плотненного слоя грунта и способ его ликвидации;
- при уплотнении грунтов замачиванием — расход воды на 1 м2 замачиваемой площади, время замачивания, диаметр и глубину скважин, толщину верхнего недоуплотненного слоя грунта и способ его уплотнения
При устройстве оснований способом поверхностного уплотнения грунтов тяжелыми трамбовками необходимо выполнять следующие требования:
- отрывку котлованов и траншей вести отдельными участками, размеры которых назначают в зависимости от производительности механизмов из расчета сохранения оптимальной влажности грунта в открытом котловане на период трамбования;
- в пределах отдельных участков грунт следует уплотнять циклами с последовательным переходом от следа к следу. При различной глубине заложения фундаментов уплотнение грунта следует начинать с более высоких отметок;
- по окончании поверхностного уплотнения верхний взрыхленный слой грунта должен дополнительно уплотняться ударами трамбовки с высоты 0,5-1 м;
- уплотнение грунта трамбованием в зимнее время допускается при талом состоянии грунта и естественной влажности.
При устройстве оснований способом отсыпки в котлованах грунтовых подушек (послойной отсыпки грунта с последующим уплотнением, укаткой или трамбованием) необходимо соблюдать следующие требования:
- толщина отсыпаемых слоев должна приниматься в зависимости от данных, полученных при опытном уплотнении;
- грунт для устройства грунтовой подушки должен иметь оптимальную влажность;
- отсыпка каждого последующего слоя разрешается только после проверки качества уплотнения и получения удовлетворительных результатов по предыдущему слою;
— устройство грунтовых подушек в зимнее время допускается из талых грунтов с содержанием мерзлых комьев размером до 15 см не более 15% от общего объема при среднесуточной температуре воздуха не ниже — 10°С\ При понижении температуры в процессе работы подготовленные, но не уплотненные участки котлована следует укрывать теплоизоляционными материалами или рыхлым сухим грунтом. Отсыпка грунта на промороженный слой не допускается.
Разработка котлована
... – требуемая глубина котлована, м; m – коэффициент откоса=0,5. Расчетную глубину котлована ( h p ) определяют с учетом недобора грунта (h H ) . Недобор грунта при разработке котлована экскаватором прямая лопата ... h H = 0,10 м. Тогда расчетная глубина котлована составляет: м. 3. Вычисление ...
Устройство оснований способом трамбования котлованов под отдельно стоящие фундаменты должно выполняться с соблюдением следующих требований:
- трамбование котлованов надо выполнять сразу на всю глубину без изменения положения направляющей штанги трамбующего механизма;
- доувлажнение грунта следует производить от отметки дна котлована на глубину не менее полуторной ширины котлована;
- в зимнее время оттаивание мерзлого грунта следует производить на всю глубину промерзания в пределах площадки, стороны которой равны полуторным размерам сторон котлована;
- в трамбовывание в дно котлована щебня, гравия, крупного песка для создания уширенного основания (если это предусмотрено проектом), производят сразу после вытрамбовывания котлована.
Устройство оснований способом глубинного уплотнения грунтов с использованием грунтовых свай должно выполняться с соблюдением следующих требований:
- проходка скважин должна осуществляться при естественной влажности грунта с использованием преимущественно ударных снарядов массой не менее З т при высоте сбрасывания 0,8-1,2 м. Устройство скважин в зимнее время следует выполнять после проходки бурением;
- устройство скважин взрывным способом допускается, если влажность грунта находится на пределе раскатывания;
- скважины надо устраивать через одну, а пропущенные — только после засыпки и послойного уплотнения ранее пройденных;
- перед засыпкой каждой скважины, полученной взрывом, следует замерять ее глубину;
- при обнаружении завала высотой до 1,5 м он должен быть уплотнен ударами трамбующего снаряда;
- если завал более 1,5 м, надо пройти новую скважину;
- для уплотнения грунта в скважинах следует применять станки, обеспечивающие возможность использования грунтов с отклонением от оптимальной влажности в пределах от +0,02 до -0,06.
- При отрицательной температуре воздуха скважины набивают талым грунтом. уплотнение грунт машина трамбование
Устройство оснований способом уплотнения грунтов предварительным замачиванием, в том числе с применением энергии глубинных взрывов, должно выполняться с соблюдением следующих требований:
- планировку дна котлованов надо выполнять срезкой грунта;
- уровень воды в котловане должен поддерживаться в пределах 0,3-0,8 м;
- нивелирование марок для наблюдения за осадкой должно производиться не реже 1 раза в 5-7 дней..За условную стабилизацию осадки принимается осадка менее 1 см в неделю;
- глубину замачивания устанавливают по результатам определения влажности грунта через 1 м по глубине на всю просадочную толщину;
- при отрицательных температурах воздуха предварительное замачивание должно производиться с сохранением дна затапливаемого котлована в талом состоянии и подачей воды под лед;
- взрывные работы выполняют непосредственно после завершения замачивания массива грунта, не оставляя невзорванных зарядов.
Ниже приводятся ориентировочные значения оптимальной влажности, %, для различных грунтов:
Производство земляных работ по устройству котлована
... является разработка технологической карты на производство работ по устройству котлована. Место строительства - г. Курган Начало работ - 17.08.2007 г. Вид грунта - суглинок (плотность γ=1650 кг/м 3 ) Дальность ... м Высота отвала - 0.95 м Высота подъема отвала - 0.6 м Глубина опускания отвала - 0.2 м Уплотнение грунта вблизи фундамента при обратной засыпке производим с помощью электротрамбовки ИЭ ...
- пески мелкие и пылеватые 8…14средства для уплотнения грунтов
- супеси:
- легкие и тяжелые 9…15
- пылеватые 16…20
- суглинки:
- легкие 12…18
- пылеватые 15…22
- тяжелые и тяжелые пылеватые 14…20
- глины:
- пылеватые 16…26
- жирные 20…30
- черноземы суглинистые 20…25
Оптимальную влажность практически можно получить увлажнением сухих или подсушиванием излишне влажных грунтов. При уплотнении грунтов, влажность которых отличается от оптимальных, необходимо уменьшить толщину уплотняемого слоя и увеличить время работы средств уплотнения.
