Выбор метода улучшения свойств грунтов

Министерство  Образования и Науки РФ

 Ростовский  Государственный Строительный Университет 

Кафедра технологии строительного производства 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовая  работа:

«Выбор  метода улучшения свойств грунтов» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: студент гр. П-558

 Бабайлов  С.В. 

Проверил: канд. техн. наук, доцент

Жолобов A. JI. 
 
 
 
 
 

Ростов-на-Дону

2011 г.

Содержание:

1. Введение
2. 1 раздел: Возможные варианты технологии; краткая характеристика возможных методов.
3. 2 раздел: Факторы, влияющие на выбор варианта технологии.
4. 3 раздел: Нормализация значений локальных критериев и обоснование выбора варианта технологии.
5. 4 раздел: Подробное описание выбранной оптимальной технологии.

  Введение

  Факторы, влияющие на выбор строительной технологии.

  Данные  необходимые для осуществления  обоснованного выбора можно разделить  на 4 категории:

1. Информация о доступных вариантах
2. Информация о критериях выбора
3. Информация о приоритетности критериев
4. Информация о внешней среде

  Фактор - это движущая причина, сила какого-либо процесса, явления, определяющая его  характер или отдельные ее черты.

  Доказано  существование трех внутренних факторов и трех внешних факторов, которые  могут влиять на выбор технологии. При этом внутренние (целевые факторы) относят непосредственно к технологии, применяемому оборудованию и состоянию  конструкции. А внешние (ограничивающие) - к исходному состоянию конструкции  до ремонта, условиям производства строительных и ремонтных работ и дальнейшей эксплуатации конструкции.

  К внутренним факторам относится:

• эффективность технологии - это совокупный показатель, характеризующий результативность применения технологии;
• качество оборудования - это совокупный показатель достоинств применяемого оборудования;
• качество строительной конструкции - это совокупность свойств конструкций, обуславливающих ее пригодность выполнять свои функции

  К внешним факторам относятся:

• недостоверность информации о состоянии ремонтируемой конструкции. Это фактор, вызывающий увеличение стоимости и трудоемкости ремонта конструкции из-за необходимости устранения в ней трудно выявляемых дефектов и повреждений;
• производственный фактор — фактор, существенно усложняющий условия производства работ вследствие внезапного ухудшения погоды и (или) сбоев в материально-техническом снабжении объекта;

  эксплуатационный  фактор - это фактор, существенно  снижающий надежность конструкции  в случае ухудшения условий ее эксплуатации.

  К внутренним факторам относится:

• Эффективность технологии - безотходность, диагностическое обеспечение, загрязняемость атмосферного воздуха, материалоемкость устройства и ремонта, стоимость устройства и ремонта, травмоопасность, трудоемкость работ
• Качество оборудования - пожароопасность, стоимость оборудования, транспортабельность оборудования
• Качество конструкции - долговечность, ремонтопригодность, эстетичность

  К внешним факторам относятся:

• Недостоверность информации о состоянии строительной конструкции — наличие скрытых механических повреждений (трещины, сколы), деструкция материалов внутренних слоев
• Производственный фактор - опасность ветреной, дождливой погоды, зимнее условие производства работ, перебои в снабжении материалами и электроэнергией
• Эксплуатационный фактор - опасность деформации опорных поверхностей и т.д.

  Выбор допустимых технологии решения позволяет  выбрать из множества известных  решений, те решения, которые могут  быть применены на объекте, т.е удовлетворять  условию допустимости. 

Раздел 1: Возможные варианты технологии. Краткая  характеристика методов.

   В практике строительства сооружений различного назначения иногда бывает экономически целесообразным не прорезать  фундаментами значительную толщу слабых грунтов, а использовать последние  в качестве оснований, предварительно укрепив их тем или иным способом с целью повышения несущей  способности. Грунты укрепляют как  для повышения их прочности, так  и для уменьшения сжимаемости  и просадочности.

     Методы искусственного укрепления  грунтов находят достаточно широкое  применение в промышленно-гражданском  строительстве. В мостостроении  их применяют редко, преимущественно  при усилении фундаментов существующих  сооружений. Используемые в практике  фундаментостроения многообразные  способы искусственного повышения  несущей способности грунтов  можно свести к следующим основным  методам: уплотнение грунтов;  закрепление грунтов; замена слабых  грунтов.

     В настоящее время достаточно  хорошо освоены и широко применяются  механическое уплотнение, цементация  и силикатизация грунтов, в  меньшем объеме — обжиг и  электрическое закрепление грунтов  и пока редко — смолизация.

Цементация.

  Для повышения несущей способности  грунтов в основании фундаментов, а также для прекращения или  уменьшения фильтрации воды под гидротехническими  напорными сооружениями применяют  цементацию. Сущность этого способа  заключается в нагнетании в поры укрепляемого грунта цементного раствора, при отвердевании которого значительно  увеличивается прочность и водонепроницаемость  основания.

    Способ цементации применим для  закрепления грунтов, размеры  пор которых обеспечивают свободное  проникание частиц цемента. Наибольший  эффект получается при цементации  крупнообломочных грунтов, крупных  и средней крупности песков  с коэффициентом фильтрации от 80 до 200 м/сут. Цементация трудноосуществима  в мелких песках и совсем  непригодна для укрепления илистых,  супесчаных, суглинистых и глинистых  грунтов. Трещиноватые скальные  грунты можно цементировать только  при ширине трещин в них  более 0,1 мм.

    Для цементации применяют цементные  или цементно-песчаные растворы  состава от 1:1 до 1:3. Раствор нагнетают  под давлением 0,3—1 МПа растворонасосами  или пневмонагнетателями через  предварительно заглубленные трубки-инъекторы  диаметром 33—60 мм, имеющие в нижней  части отверстия диаметром 4—6  мм. Радиус действия инъекторов  ориентировочно принимают для  трещиноватых скальных грунтов  1,2—1,5 м, для крупнообломочных  грунтов 0,75—1 м, для крупных  песков 0,5—0,75 м, для песков средней  крупности 0,3—0,5 м.

    Расход раствора составляет 20—40% объема закрепляемого грунта. Упрочнение  грунта наступает после схватывания  цемента. Закрепленный песчаный  грунт вблизи инъектора на 28-е  сут имеет предел прочности  на сжатие 2—3 МПа. С изменением  радиуса закрепления от 0,4 до 1,2 м  предел прочности на сжатие  зацементированного песка в крайних  слоях меняется от 2 до 0,9 МПа.

 Силикатизация.

  Так как суспензия из взвешенных в  воде частиц цемента не может проникнуть в грунты с мелкими порами, для  закрепления таких грунтов применяют  силикатизацию. Известны два способа  силикатизации грунтов—двухрастворный и однорастворный.

    Сущность двухрастворной силикатизации  заключается в образовании связывающего  частицы грунта вещества—геля  кремниевой кислоты—в результате  реакции между растворами силиката  натрия (жидкого стекла) и хлористого  кальция. Эта реакция подобна  процессу образования песчаников  в природных условиях, но происходит  значительно быстрее. Наиболее  интенсивно реакция протекает  в течение первых двух часов  нагнетания раствора в грунт,  а затем замедляется. Через  10 сут прочность закрепленного  грунта достигает 70—80% той, которая  бывает после завершения процесса—примерно  через 90 сут. Двухрастворную силикатизацию  применяют для укрепления крупных  и средней крупности песков  с коэффициентом фильтрации от 2 до 80 м/сут. Радиус закрепления  таких песков в зависимости  от значения коэффициента фильтрации  изменяется от 0,3 до 1 м, а предел  прочности закрепленных грунтов  на сжатие через 28 сут составляет 1,5—5 МПа.

    Однорастворную силикатизацию используют  для закрепления мелких песков  и плывунов с коэффициентом  фильтрации 0,3—5 м/сут. Радиус  закрепления таких грунтов 0,3—1  м, а предел прочности на  сжатие закрепленных грунтов 0,4—0,5 МПа. Для упрочнения грунтов используют один раствор, состоящий из жидкого стекла и фосфорной кислоты.

Уплотнение  просадочных грунтов  предварительным  замачиванием.

    Уплотнение просадочных лессовых  грунтов предварительным замачиванием  основывается на учете способности  их при замачивании самоуплотняться  под действием собственного веса  грунта. Уплотнение просадочных  грунтов от собственного веса  происходит в результате снижения  прочности грунтов при увлажнении  и проявляется с некоторой  глубины, на которой напряжения  от собственного веса водонасыщенного  грунта превышают величину начального  просадочного давления. Вследствие  этого предварительное замачивание  обеспечивает уплотнение просадочных  грунтов только в пределах  их нижней толщи, а верхние  слои грунта остаются неуплотненными.

    Просадки грунтов от собственного  веса, в том числе горизонтальные  перемещения в процессе уплотнения  их предварительным замачиванием, проявляются в полном соответствии  с закономерностями развития  просадочных деформаций.

    В результате уплотнения просадочных  грунтов предварительным замачиванием  происходит повышение объемной  массы скелета грунтов в нижних  слоях до состояния, соответствующего  напряженному состоянию от собственного  веса грунта (рис. 69). Существенно  повышается объемная масса скелета  (0,15— 0,2 т/м3) с глубины 6—9 м,  начиная с которой наблюдается  просадка грунта от собственного  веса. Повышение  в верхних  слоях на 0,02—0,05 т/м3 происходит  под влиянием горизонтальных  перемещений, развивающихся при  просадке грунтов от собственного  веса.

    Одновременно с увеличением степени  плотности грунтов при предварительном  замачивании повышаются их прочностные  характеристики и снижается сжимаемость.

    После окончания предварительного  замачивания и стабилизации просадки  устанавливается равновесие между  действующим давлением в массиве  грунта, его прочностными и деформационными  характеристиками в водонасыщенном  состоянии. Но с увеличением  давления, например от нагрузки  фундаментов, это равновесие нарушается  и в зоне развития дополнительных  напряжений происходят дальнейшее  уплотнение и просадка грунта. Поэтому при передаче на массив  уплотненного грунта дополнительных  давлений от веса возводимых  сооружений уплотнение просадочных грунтов предварительным замачиванием должно комбинироваться с другими методами, позволяющими устранить просадочные свойства грунтов в пределах деформируемой зоны от нагрузки фундаментов. 

  2 раздел: Факторы,  влияющие на выбор  варианта технологии.

  Внутренние  факторы.

     Внешние факторы. 

3 раздел: Нормализация значений локальных критериев и обоснование выбора варианта технологии. 
 
 

    Сопоставляя полученные диаграммы, делаем вывод, что  наиболее приемлемым из сравниваемых методов улучшения свойств грунта основания является метод замачивания. Такой результат вызван тем, что  трудоемкость данного метода мало по сравнению с двумя другими, а это я вляется важным факотором в данном исследовании. 
 
 
 
 
 
 
 
 

4 раздел. Замачивание.

    Проектирование  уплотнения

    Уплотнение  просадочных грунтов предварительным  замачиванием проектируется с учетом особенностей этого метода, а также  характера и закономерностей  развития просадок лессовых грунтов  от собственного веса. Исходными материалами  для разработки проекта служат:

      — результаты инженерно-геологических  исследований грунтов на участках  расположения проектируемых зданий  и сооружений;

      — размеры, конструктивные особенности  проектируемых зданий и сооружений, а также особенности их эксплуатации;

      — генплан в пределах проектируемых  и расположенных поблизости существующих  зданий и сооружений с нанесенными  инженерными коммуникациями.

      В проекте уплотнения просадочных  грунтов предварительным замачиванием  должны быть указаны: размеры  уплотняемой площади, план планировки  котлованов и отдельных карт  для замачивания; методика замачивания;  глубина и необходимое количество  воды для замачивания; схема  прокладки водоводов для замачивания  с указанием пунктов подачи  воды на каждую карту; ожидаемые  величины просадок грунта по  отдельным картам или по котловану  в целом; план расположения  и конструкция поверхностных  и глубинных марок; рекомендации  по замачиванию грунта, включающие  ориентировочное время замачивания,  величину условной стабилизации  просадки грунта и т. п.; методы  доуплотнения верхнего слоя грунта  в пределах деформируемой зоны  от нагрузки фундаментов.

      В связи с тем что просадки  грунта от собственного веса  зависят от ширины замачиваемой  площади, размеры замачиваемых  котлованов и отдельных карт  должны назначаться такими, яри  которых в пределах участка  расположения будущего здания  или сооружения практически полностью  устраняется просадка грунта  от его собственного веса.

    На  вновь осваиваемых территориях, где возможен подъем уровня грунтовых  вод или промачивание всей толщи  просадочных грунтов, предварительное  замачивание грунтов производится в пределах всей застраиваемой площади, т. е. не только под зданиями, но и  под дорогами, коммуникациями, арыками  у зданий и т. п.

      Котлованы для предварительного  замачивания отрываются на, глубину  0,4—1,0 м путем снятия растительного  слоя. При толщине растительного  слоя менее 0,4 м котлован обваловывается  местным грунтом с уплотнением.  Высота обваловывания назначается  из условия, чтобы вода в  котловане была на уровне не  менее 0,3—0,4 м от дна котлована,  а ширина из расчета, чтобы  границы распространения воды  в стороны от соседних карт  сливались на глубине выше  глубины, с которой происходят  просадки грунтов от собственного  веса.

      Для удобства производства работ  большие котлованы разбиваются  с помощью перемычек на отдельные  карты длиной 50— 100 м и шириной  40—50 м. Планировка отдельных карт  и котлованов производится под  одну отметку или отдельными  террасами. Для получения более  равномерной просадки дно котлованов  в пределах 10—15 м от края планируется  с уклоном 0,02—0,03 к наружным  сторонам котлована. При одновременном  замачивании нескольких карт  уклоны делаются только по  наружным сторонам карт.

      При залегании с поверхности  дна котлованов суглинков или  глин в целях сокращения сроков  замачивания делают дренажные  скважины диаметром не менее  15 см, засыпанные песком, гравием,  мелким химически стойким шлаком  и т. п. Скважины выполняются  на всю глубину малофильтрующего  слоя, не более 0,7 Н, В целях  достижения более равномерного  уплотнения грунта по всему  котловану в торцах его скважины  располагаются чаще а в центре  реже.

      Замачивают до полного промачивания  всей толщи просадочных грунтов  и достижения условной стабилизации  просадки.

      За условную стабилизацию просадки  грунта принимают просадку его  не менее 1 см в неделю, наблюдаемую  в течение последних двух недель.

      Необходимое количество воды  для замачивания грунта определяется  из условия промачивания всей  толщи просадочных грунтов. При  этом предполагается, что:

      повышение влажности грунта в  результате замачивания в пределах  столба грунта по всей площади  котлована происходит до степени  влажности G=0,8.

      Для наблюдения за просадкой  грунтов на дне котлована и  за его пределами на расстоянии  не менее полуторной толщины  просадочного слоя устанавливают поверхностные марки по двум-трем поперечникам через каждые 3—8 м, а в центре карты или отдельного котлована куст глубинных марок, которые закладывают через каждые 2—3 м по глубине в пределах всей просадочной толщи.

      В проекте привязки зданий  и сооружений на основаниях, уплотненных  предварительным замачиванием не  до полной стабилизации просадок, должно быть предусмотрено превышение  отметок заложения фундаментов  против проектных, равное возможной  величине экстраполируемой просадки  грунта.

    Производство  работ.

      При уплотнении просадочных грунтов  предварительным замачиванием на  больших площадях последовательно  выполняются работы по подготовке  котлованов для замачивания; замачиванию  грунтов в котлованах; доуплотнению  верхнего слоя грунта в пределах  деформируемой зоны от нагрузки  фундаментов.

      Котлованы или отдельные карты  для замачивания отрываются с  откосами, близкими к вертикальным, а обвалование выполняется с  откосами 1:1с послойным уплотнением  отсыпаемого грунта. Дно котлованов  и отдельных карт планируется  только за счет срезки грунта. Подсыпка грунта при планировке  не допускается, так как она  приводит к резкому снижению  его фильтрационной способности.

      При необходимости устройства  дренирующего слоя отсыпают его  после завершения планировочных  работ и разравнивают равномерно  по всей площади.

      Во избежание чрезмерного развития  просадочных трещин предварительное  замачивание целесообразно производить  одновременно на возможно большей  площади. При этом желательно  границы между одновременно замачиваемыми  площадями назначать за пределами  контура расположения зданий  и сооружений. На косогорных территориях  предварительное замачивание целесообразно  осуществлять снизу вверх. В  этих случаях просадочные трещины  в значительной мере закрываются.

      В процессе замачивания наблюдают  за расходом воды по водомеру  или по понижению уровня воды  за определенный промежуток времени,  а также за просадкой грунтов  по поверхностным и глубинным  маркам.

      Наблюдения за просадками марок  выполняют путем нивелирования  их от постоянного репера или  группы временных реперов, расположенных  за пределами зоны развития  просадок грунта. Перед началом  замачивания с особой тщательностью  определяют исходное положение  всех поверхностных и глубинных  марок. В процессе замачивания  их нивелируют в зависимости  от интенсивности развития просадок  через 5—10 дней.

    В результате предварительного замачивания  должна быть промочена вся толща  просадочных грунтов. Для контроля за глубиной промачивания в процессе замачивания периодически пробуривают  скважины в пределах котлована или  в непосредственной близости от него с отбором проб грунта на влажность  через 1 м по глубине.

      Замачивание грунтов прекращается  после промачивания не менее  0,8 толщи просадочных грунтов  и достижения условной стабилизации  просадок. За условную стабилизацию  просадок принимается приращение  ее не более 1 см в неделю. При этом учитывается также  количество залитой воды на 1 м2  замачиваемой площади.

      В случаях наличия ниже просадочной  толщи уровня грунтовых вод  или водоупорных слоев во избежание  чрезмерного переувлажнения толщи  количество залитой воды не  должно превышать расчетное.

      Предварительное замачивание в  зимнее время производится с  сохранением верхнего слоя грунта  на дне котлована в талом  состоянии. Для этого высота  воды в котлованах должна быть  больше возможной толщины слоя  льда. Кроме того, вода в котлован  подается большими объемами из  расчета, чтобы высота столба  воды, заливаемой за сутки, превышала  среднесуточное приращение слоя  льда.

      В целях обеспечения бесперебойной  подачи воды в котлован временные  водоводы, задвижки и водомеры  в зимнее время должны соответствующим  образом утепляться. Для стока  воды и исключения ее замерзания  на выходе участок водовода  от задвижки до котлована должен  иметь длину не менее 2 м  и уклон в сторону котлована.