ОБЗОР МЕТОДОВ УСИЛЕНИЯ ДИСПЕРСНЫХ ГРУНТОВ ПРИМЕНЯЕМЫХ В ГОРОДЕ НОВОСИБИРСКЕ

С каждым годом проектируются новые современные здания и сооружения, в связи с чем в ряде грунтовых условий возникает проблема недостаточной несущей способности грунтового основания. Одним из вариантов решения проблемы является предпостроечное усиление грунтов.

За длительное время развития механики грунтов, разработано множество методов усиления. Главная идея – это физическое или химическое воздействие на грунтовый массив, вследствие чего происходит изменение структурных связей грунта. Методы усиления грунтов классифицируется по способу воздействия на усиливаемый массив:

• Механический
• Термический
• Физико-химический
• Химический

В Новосибирске используются механический, физико-химический и химический методы усиления грунтов. К ним соответственно можно отнести раскатку скважин, напорную инъекцию и силикатизацию.

При усилении грунтов вновь возводимых зданий и сооружений в городе Новосибирске, широкое распространение получил метод раскатки скважин [1]. Суть метода состоит в образовании скважин с помощью специального навесного оборудования – раскатчика скважин. Конструкция раскатчика позволяет выполнять скважины без выемки грунта на поверхность – за счет его глубинного уплотнения. Раскатанные скважины заполняются любым инертным материалом: песком, щебнем, гравием или бетоном. Образованные набивные сваи повышают физико-механические характеристики усиленного массива. Схема усиления методом раскатки скважин представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема применения раскатчика

Метод раскатки скважин обладает некоторыми особенностями, ограничивающими область его применения. Из-за необходимости использования крупногабаритной буровой техники метод раскатки скважин преимущественно применим при новом строительстве, усиление происходит из котлована стоящегося здания. Использование данного метода усиления затруднено в песчаных грунтах из-за неустойчивости стенок скважин и высокого сопротивления раскатыванию.

Для усиления песчаных и супесчаных грунтов применим метод силикатизация грунтов [3], который основан на химической реакции между растворами силиката натрия и хлористого кальция с образованием геля кремниевой кислоты. Химическая реакция связывает частицы грунта, меняя его структуру:

,           (1)

где  ­ хлористый кальций;

 – силикат натрия;

 ­ гель кремниевой кислоты;

 ­ хлорид натрия.

Формула 1 описывает процесс образования песчаников в природных условиях, но при усилении грунтов происходит намного быстрее. Силикатизацию применяют для усиления грунтов с коэффициентом фильтрации от 2 до 80 м/сут. При этом радиус закрепления может меняться от 0,3 до 1 м. Предел прочности закрепленных грунтов на сжатие может повышаться в 10-15 раз. Схема метода изображена на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема использования силикатизации

Силикатизация песчаных и супесчаных грунтов позволяет выполнять контролируемое закрепление с выдержанными геометрическими параметрами усиленного массива. При этом в глинистых грунтах с более низкими значениями коэффициента фильтрации эффективность данного метода снижается.

Для усиления глинистых грунтов целесообразно использовать метод напорной инъекции [2], который за счет разрушения структурных связей грунта уплотняет массив и армирует его цементным раствором. Разрушение происходит из-за подачи цементного раствора под высоким давлением, которое превышает прочность структурных связей. В образованные трещины и полости попадает не только цементное молоко, но и жесткие смеси на основе цементного вяжущего. Распространяется раствор по пути наименьшего сопротивления, в основном в ослабленные зоны, где усиливает и уплотняет массив. После применения метода грунтовый массив состоит из затвердевшего раствора, уплотненного грунта и грунта, характеристики которого остались неизменными. У усиленного грунтового основания повышаются прочноситные и деформационные характеристики: удельное сцепление , угол внутреннего трения j и модуль деформации E.

Отдельное преимущество данного метода заключается в возможности использования, как при новом строительстве, так и при реконструкции. Кроме того, метод обладает относительно небольшой стоимостью СМР из-за недорогих расходных материалов. Схема метода напорного инъектирования изображена на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема использования напорного инъектирвания

Для получения количественных результатов усиления различными способами, в лабораторных условиях на современных приборах были определены деформационные и прочностные характеристики усиленных грунтов. Исследования проводились на разных строительных площадках города Новосибирска, где реализованы методы усиления, рассмотренные в работе. По результатам исследования был составлен график (рисунок 4), показывающий эффект от усиления грунтов для каждого метода.

Рисунок 4. График эффекта от усиления различными методами

По результатам исследования была составлена блок-схема (рисунок 5) для определения метода усиления грунтов основания. Использование блок-схемы позволит определить метод усиления применимый для конкретных грунтовых условий строительной площадки.

Рисунок 5. Блок-схема по определению метода усиления грунтов на примере г. Новосибирске

Заключение по выполненной работе можно сформулировать следующем образом.

1. Рассмотрены способы усиления грунтового основания применяемые в городе Новосибирске.
2. Cоставлен график на основе лабораторных испытаний, показывающий эффект усиления.
3. Разработана блок схема, позволяющая произвести выбор метода усиления в зависимости от грунтовых условий.

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://naukovede-nie.ru/PDF/132TVN214.pdf
2. Ланис А.Л. Использование метода напорной инъекции при усилении земляного полотна железных дорог: Дис. канд. техн. наук./ СГУПС. ‑ Новосибирск 2009. ‑ 152 с.
3. СТО НОСТРОЙ 2.3.18-2011 Укрепление грунтов инъекционными методами в строительстве. М: ОАО ЦНИИС «НИЦ «Тоннели и метрополитены», 2012. - 64 с.