ЗАКОНОМЕРНОСТЬ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТОВ ПРИ УСИЛЕНИИ ОСНОВАНИЯ ГРУНТОВЫМИ СВАЯМИ

В современном мире одной из проблем больших городов является недостаток места под новое строительство и недостаточные для восприятия нагрузок физические характеристики грунтов. Поэтому необходимо производить усиление грунтов. Одним из вариантов усиления является армирование основания грунтовыми сваями с применением метода раскатки скважин.

Суть усиления заключается в армировании и уплотнении грунтов основания по площади будущих фундаментов. Грунтовые сваи устраиваются в раскатанных скважинах. Скважины образуются за счет последовательной раскатки грунта от её оси к периферии с помощью раскатывающего рабочего органа – раскатчика скважин (рисунок 1).

Рисунок 1. Раскатчик скважин

Образованные раскатанные скважины заполняются грунтоцементом, грунтом, песком, щебнем или любым другим инертным материалом с обязательным послойным уплотнением. Полученные грунтовые сваи служат армоэлементами (рисунок 2).

Рисунок 2. Свая в грунтовом массиве

Грунты усиленного основания обладают высокими деформационными и прочностными характеристиками. Наиболее значимыми преимуществами данного метода усиления являются:

1. Отсутствие динамического воздействия при производстве работ на рядом стоящие здания и сооружения;
2. Простота в исполнении
3. Высокая технологичность процесса;
4. Сравнительно низкая стоимость производства работ;
5. Контролируемое усиление массива с достижением необходимых значений прочностных и деформационных характеристик.

Задача по определению плотности грунта после раскатки скважин сводится к определению зависимости между шагом скважин и физическими характеристиками грунта. Весь объём грунта вытесняется при образовании скважин в межсвайное пространство и происходит уплотнение основания. Разбивая рассматриваемую плоскость раскатки на равносторонние треугольники, рассматривается объём правильной призмы, основанием которой является равносторонний треугольник со стороной l и высотой призмы 1 м (рисунок 3).

Рисунок 3. Схема расположения скважин

Путем математических преобразований шаг скважин  может быть определен по формуле (1):

                                                  (1)

где d- диаметр скважины;

  величина плотности твердых частиц до, и после уплотнения.

По таблице Б.3 [3] определяются нормативные значения модулей деформации уплотненных грунтов (E_н), входящих в усиливаемую толщу. Проектные значения деформационных характеристик усиленного методом раскатки скважин грунтового массива определяется как средневзвешенные по формуле (2).

                                        (2)

где E_св, E_гр - модули деформации сваи и грунта;

А_св, А_гр - площади сечения сваи и грунта.

К настоящему времени метод раскатки скважин апробирован на многих объектах города Новосибирска, а его эффективность подтверждена полевыми испытаниями [1]. На одном из объектов, был проведен контроль качества с определением физических характеристик уплотненного грунта. Контроль включает в себя:

1. Вскрытие шурфа с отбором проб уплотненного грунта (в околосвайном пространстве).
2. Отбор образцов грунта ненарушенной структуры методом режущего кольца на глубине 1 м.
3. Проведение ряда исследований над грунтом с определением его физических характеристик и определение вида грунта в геотехнической лаборатории.

В лабораторных условиях были определены физико-механические характеристики грунта [3]. Далее был рассчитан коэффициент пористости и определен модуль деформации по нормативному документу. Результаты исследований представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Результаты исследований

В ходе исследования была получена закономерность изменения плотности грунта от расстояния до скважины описываемая функцией y= -3.2x³ + 4.1x² - 1.7x + 2.1 представленной на рисунке 4

Рисунок 4. График зависимости изменения плотности грунта от расстояния до раскатанной скважины

В результате выполненного исследования была получена закономерность изменения плотности грунта от расстояния до раскатанной скважины, которая выражена уравнением y= -3.2x³ + 4.1x² - 1.7x + 2.1. Данная закономерность может быть использована для определения плотности грунта при проектировании усиления.

Список литературы:

1. Ломов, П. О. Повышение качества проектирования усиления грунтового основания армированием набивными сваями в раскатанных скважинах [Электронный ресурс] / П. О. Ломов // Науковедение: интернет-журнал. – 2014. – № 2 (21). – Режим доступа: http://naukovedenie.ru/PDF/132TVN214.pdf (дата обращения 1.05.2017).
2. Основания и фундаменты транспортных сооружений / Под редакцией Соловьёва Г.П. - М.: Транспорт, 1996. - 380 с.
3. Свод правил СП 22.13330.2011 Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83* Минрегионразвития Москва 2011 -161 с.