Как правильно заменить слабый грунт под фундаментом

Замена слабого грунта под фундаментом является важной процедурой, направленной на укрепление базы здания и предотвращение его осадки. Для этого необходимо удалить некачественный грунт и заменить его на более стабильный, например, на песок или щебень, что обеспечивает надёжное основание для фундамента.

Кроме того, для улучшения устойчивости на слабом грунте могут использоваться специальные методы, такие как инъекция цементного раствора или установка свай. Эти меры помогут создать надежную опору и обеспечить долговечность строения, минимизируя риск его деформации в будущем.

Замена грунта на участке

Перед началом строительства любого сооружения, здания и конструкции или автодорог и инженерных коммуникаций следует проверить качество грунта.

Лабораторные анализы определяют следующие параметры почвы:

• Плотность;
• Пористость;
• Влажность;
• Пластичность;
• Сопротивление сдвигу;
• Модуль деформации;
• Угол трения крупиц.

Методы замены слабого грунта

Способ замены грунта под фундамент хоть и несет за собою дополнительные затраты, однако без этой процедуры здание не достигнет необходимой прочности, устойчивости и долговечности.

Насыпной слой почвы под мощные сооружения изготавливают из следующих материалов: щебень, мелкозернистый гравий, крупнозернистый песок, шлак и другие типы грунта.

Замена слабого грунта реализуется методами:

• При толщине неподходящей почвы до двух метров, этот слой удаляют полностью. Достигнув плотного основания, его засыпают малосжимаемыми материалами для создания плотной подушки.
• При значительной глубине слабого слоя грунта, основание под сооружение укладывается поверх слабой почвы. Замена слабого слоя грунта с большой глубиной экономически нецелесообразна. Толщина заменяемого слоя почвы должна подбираться согласно требованиям и правилам текущего проекта, где главная цель грунтовой подушки, создать максимально прочное основание.

Основные этапы замены слабого грунта

Заменяющий грунт насыпается слоями толщиной примерно 20 см, после чего каждый отдельный слой тщательно трамбуется с помощью катков или вибротрамбовки. Для максимальной утрамбовки грунт следует увлажнить и трамбовать до получения верхнего слоя насыпи толщиной до 60 см.

Замена грунта под фундамент уплотняется посредством пневматических и вибрационных плит различных моделей до создания более внушительного слоя подушки (до 2.0м.).

Нагрузка на подушку зависит от ширины основания: чем шире площадь, тем более низкая нагрузка на основание.

Чтобы создаваемая подушка была устойчивой и не разъезжалась в разные стороны, в результате давления и веса конструкции, она укрепляется шпунтовым барьером. Подобное ограждение устойчиво к температурным перепадам, влажности и выдерживает существенную нагрузку. Шпунтовые барьеры увеличивают несущие характеристики подушки в два раза, а сопротивление осадке возрастает как минимум в три раза.

Основания из грунта устанавливают под различные типы фундамента: ленточные, монолитные, одиночные, столбчатые. Если на участке необходима замена пучинистого грунта для устройства фундамента, его меняют на более крепкий несвязный грунт. В качестве дополнительного глубинного укрепления основания, в землю забивают специальные сваи. После их вытаскивают, а получившиеся углубления засыпают песком или цементным раствором с добавлением грунта.

Замена слабого грунта — это довольно сложный комплекс мероприятий, требующий предварительного исследования грунта и точных расчетов. Наилучший вариант решения для замены слабого грунта — доверить процедуры лицензированной организации.

Наша компания обладает собственным автопарком современной спецтехники для качественного и оперативного решения задач по замене грунта: экскаваторы колесного и гусеничного типа, самосвалы, гидромолоты, бульдозеры, грейдеры и т.д. Используя многолетний опыт нашей службы и навыки сотрудников, осуществляем широкий комплекс земляных работ любого объема и сложности.

Для уточнения наших расценок и поиска оптимальных методов замены грунта, свяжитесь с оператором любым удобным способом: телефон, электронная почта. Профессиональные консультанты перезвонят и предложат наиболее выгодные варианты сотрудничества.

29. Замена слабых грунтов

В ряде случаев экономически целесообразно взамен заглубления фундамента сквозь небольшую толщу слабых (иловатых, заторфованных, насыпных и т. п.) грунтов или же укрепления слабых грунтов, расположенных под фундаментом, удалить эти грунты и на их место уложить подушку из песка, гравия, камня, цементно-грунтовой, известково-грунтовой смеси или другого малосжимаемого материала.

Рис. 5.3. Схема устройства подушки слева — при малой толщине слоя слабого грунта; справа — при большой толщине слоя слабого грунта; 1 — фундамент; 2 — подушка из малосжимаемого материала; 3 — пласт прочного грунта; 4 — слабый грунт

При толщине слоя слабого грунта 1,5—2 м целесообразно уложить подушку непосредственно на подстилающий пласт более прочного грунта (слева на рис. 5.3). Если слабый грунт распространяется на значительную глубину, размеры подушки назначают из условия уменьшения под ней давления до величины, не превышающей расчетного сопротивления этого грунта. При этом толщину подушки и ее ширину понизу принимают исходя из распределения давления под углом а к вертикали от 20 до 40°. Величина угла а зависит от физико-механических свойств материала подушки.

Применять подушки целесообразно под одиночные и ленточные фундаменты с шириной подошвы 1 —1,5 м в глинистых, суглинистых и песчаных грунтах с расчетным сопротивлением 0,10—0,15 МПа выше уровня подземных вод. Для устройства подушки используют материал с расчетным сопротивлением под подошвой фундамента 0,20—0,25 МПа. В песчаных и супесчаных грунтах для устройства подушек используют несвязные грунты. В суглинистых и глинистых грунтах во избежание скапливания воды в котловане подушки делают из трамбованных связных грунтов или же используют для их устройства смесь грунтов с цементом или с известью.

Для устранения возможности бокового расширения грунта под фундаментом, предотвращения выпирания слабого грунта, а также предохранения основания от подмыва применяют шпунтовые ограждения, которые в отдельных случаях оставляют в грунте на весь период эксплуатации сооружения. Шпунтовые ограждения могут быть использованы также при устройстве грунтовых подушек для сокращения объемов работ по удалению слабого грунта из котлована и отсыпке подушки.

В зависимости от конструкции ограждения, глубины забивки шпунта в грунт ниже подошвы фундамента, а также физико-механических свойств грунтов основания его несущая способность в результате использования шпунтового ограждения может быть повышена до 2 раз, а осадки основания уменьшены в 2—3 раза. Наилучшей конструкцией ограждения, воспринимающей силы распора грунта основания, является круглое в плане ограждение из плоского стального шпунта.4. В каких случаях применяют замену слабых грунтов?

5. Какова роль шпунтовых ограждений при укреплении грунтов?

6. Что такое цементация, битумизация, силикатизация, смолизация грунтов?

Основания

• Свойства грунтов
• Распределение напряжений в основании
• Несущая способность
• Осадка оснований
• Повышение несущей способности оснований

Замена слабого грунта под фундаментом

Гордиенко Евгений Петрович – студент архитектурно-строительного факультета Кубанского государственного аграрного университета имени И. Т. Трубилина.

Аннотация: В условиях высокого спроса на недвижимость экономически оправданным становится разработка и строительство все более сложных проектов. При этом обостряется дефицит участков с хорошими условиями под застройку, что является дополнительным фактором, усложняющим задачу для проектировщиков и строителей.

Инженерно-геологические условия большей части территории России являются сложными по тем или иным причинам. Часто встречаются участки с лессовыми, слабыми водонасыщенными песчаными и глинистыми грунтами, неравномерностью залегания слоев грунта и высокой фоновой сейсмичностью, поэтому задача усиления слабых грунтов в основании фундаментов многоэтажных зданий становится крайне актуальной. В данной статье рассмотрены методы усиления слабых грунтов, их преимущества и недостатки для разных типов грунтов с учетом особенностей объектов.

Ключевые слова: усиление грунтов, армирование грунта, струйная цементация, грунтовые анкера.

Факторы, приводящие к необходимости повышения прочности оснований фундаментов уже построенных зданий и сооружений, могут быть разнообразными. Перечислим самые распространенные:

• ошибки в учете свойств грунта площадки строительства на стадии проектирования;
• низкое качество строительно-монтажных работ на этапе возведения здания;
• увеличение нагрузок на грунты основания при изменении проектных решений в процессе строительства или при реконструкции;
• ведение строительных и взрывных работ вблизи здания;
• изменение параметров грунта под действием динамических нагрузок;
• аварийные ситуации

Существуют различные способы усиления слабых грунтов. Выбор конкретного метода необходимо совершать исходя из особенностей объекта и экономического обоснования.

Разделим методы усиления грунта на 3 категории по принципу выполнения.

Физико-химические методы усиления слабых грунтов

Эта группа методов предполагает улучшение характеристик грунта путем химического или технологического воздействия на его химический состав и структуру. К физико-химическим методам относятся:

• Термическое закрепление грунтов – метод усиления грунтов путем термического воздействия на них. Распространенным является термическая обработка продуктами горения топлива, сжигаемого у устья скважины или непосредственно в толще грунта. Так же к термическому закреплению относится метод, при котором грунт замораживается при помощи хладагента. Метод может быть использован для усиления лессовидных и пылевато-глинистых грунтов.
• Силикатизация – суть способа заключается в химическом воздействии на грунтовый массив. В грунтовый массив с невысоким коэффициентом фильтрации поочередно поступают растворы хлористого кальция и силиката натрия. Эти химикаты при попадании в грунт образуют гели кремневой кислоты, которые позволяют грунтам значительно улучшить прочность, уменьшить просадочность, а так же сильно снизить фильтрацию. В зависимости от используемых компонентов различают однорастворную и двухрастворную силикатизацию.
• Цементация (традиционная) – метод усиления, при котором в грунт через перфорированные трубы под давлением, создаваемым специальным оборудованием, нагнетается раствор на цементной основе. В результате усиления этим методом грунтовый массив повышает прочность и резко уменьшает водопроницаемость. Метод цементации эффективен при усилении скальных пород, песка, и других грунтов с наличием пустотных структур.
• Струйная цементация (jet grouting).

Суть технологии сводится к разрушению структуры грунта и перемешиванию его с цементным раствором для дальнейшего образования грунтобетона путем их размыва и перемешивания высоконапорной струей подаваемой в скважину через специальную форсунку. В результате твердения смеси образуются грунтобетонные сваи диаметром до 2,5 м.

Технология является крайне распространенной из-за ряда значительных преимуществ.

Ключевые преимущества технологии jet grouting:

• возможность производить усиление в стесненных условиях;
• возможность осуществлять усиление под существующими конструкциями фундаментов;
• возможность устройства jet свай в обводненных грунтах;
• минимизация динамических нагрузок на грунтовый массив и окружающую застройку в процессе реализации проекта усиления;

Однако технология требует сложного специализированного оборудования, значительного расчета и не применима к некоторым типам грунтов.

Механические методы усиления слабых грунтов

Вторая группа методов предполагает улучшение характеристик грунтов в основаниях в результате уплотнения, которое производится механическим воздействием на массив грунта. К этой категории методов относятся:

• Метод уплотнения грунта пригрузкой – метод, использующийся для начала консолидационной осадки и упрочнения грунта до момента строительства здания. Эффективен при усилении грунта для малоэтажных зданий и сооружений, позволяя уменьшить итоговую осадку фундамента за счет уже произошедшей частичной осадки.
• Метод виброуплотнения – вибрационное воздействие на массив грунта, уплотняющее его в следствии разрушения внутренних связей и снижению пустотности и просадочности.
• Метод трамбования – заключается в поочередной отсыпке и уплотнении слоев грунта при помощи механизированных трамбовок. Процесс трамбования производят до тех пор, пока поверхность грунта при каждом последующем цикле не будет иметь постоянную осадку.
• Метод уплотнения взрывами – метод, при котором уплотнение достигается за счет ударного воздействия в результате взрывных работ.

Преимуществами механических методов уплотнения грунтов является низкая стоимость, технологическая простота производства работ по усилению.

Значительными недостатками методов является малопригодность для использования в условиях плотной застройки в следствии значительных динамических нагрузок, невозможность производства работ непосредственно сквозь существующие конструкции фундаментов для усиления грунтов под существующей застройкой.

Конструктивные методы усиления слабых грунтов

Третья группа методов предполагает использование готовых элементов и конструкций из различных материалов, вместо воздействия на структуру грунтов. Этот подход отличается от других методов, которые включают изменение свойств и характеристик грунта и требуют значительного расчета и прогнозирования. Благодаря простоте реализации и точности результатов, методы армирования грунта являются наиболее популярными. Эта группа методов включает в себя замену грунта, устройство грунтовых подушек и армирование грунта.

• Замена грунта – метод, представляющий собой создание специального слоя грунта с более подходящими прочностными и деформационными характеристиками под фундаментом. Этот слой действует как буфер, перераспределяя нагрузки от здания по более широкой площади грунта, снижая давление на слабые слои и уменьшая деформации основания. Метод может применяться в случае, когда усиление слоя грунта будет являться менее экономически целесообразным, нежели его полная замена грунтом с требуемыми характеристиками.
• Устройство грунтовых подушек – метод, который позволяет перераспределить напряжения от фундамента здания в массиве, изменяющее область деформаций в подстилающем слоя слабого грунта, что приводит к уменьшению расчетных деформации оснований.
• Армирование оснований – крайне распространенный метод, предполагающий устройство конструкций, которые изменяют поведение грунтового массива, повышая его прочность и снижая риски развития аварийных ситуаций, таких как оползни, потеря устойчивости откосов, выпор грунта и т.п.

Конструктивные методы усиления грунта являются самыми распространенными, их зачастую используют для линейно протяженных объектов – в дорожном строительстве, для стабилизации склонов и т.д.

Преимуществами конструктивных методов является гораздо более низкая стоимость для объектов с большим объемом работ, широкий выбор технических решений на рынке и развитыми технологиями для таких типов технических решений для усиления грунтов.

Некоторые технические решения по усилению грунтов можно отнести к смешанным, использующие преимущества нескольких подходов.

Так, например, технология MINIJET – грунтовые сваи со стержневым армированием представляет собой комбинацию из двух принципов усиления грунтов.

Вместе с бурением скважин для усиления грунта методом струйной цементации в скважину вводится анкерная тяга для армирования грунтоцементной сваи, что дополнительно улучшает прочностные и деформационные свойства основания.

Все перечисленные методы усиления грунтов позволяют решить актуальную проблему строительства многоэтажных зданий на участках со сложными грунтовыми условиями.

1. Патент РФ на изобретение №2256748. Свайный фундамент и способ возведения свайного фундамента / Шадунц К.Ш., Мариничев М.Б. // Бюл. изобр., 2005. – № 20.
2. Шадунц К. Ш. Особенности деформаций днищ резервуаров / К. Ш. Шадунц, М. Б. Мариничев, В. В. Угринов // Промышленное и гражданское строительство. – 2004. – № 3. – С. 28-29. – EDN PLFVSJ.
3. Мариничев М. Б. Особенности учета инженерно-геологического строения оснований пойменных территорий в сейсмических районах при выборе технических решений фундаментов высотных зданий // Вестник ПНИПУ. – 2018. – № 01 (9) – С. 103−
4. Ляшенко П.А. Учёт взаимодействия бетонных свай в основании фундамента / Ляшенко П.А., Денисенко В.В., Мариничев М.Б. // Строительство: новые технологии − новое оборудование, 2020, № 6. С. 27-33.
5. Ляшенко П. А. Сопротивление основания буронабивной висячей сваи внешней нагрузке / Ляшенко П. А., Денисенко В. В., Мариничев М. Б. // Строительство и реконструкция. – 2020. – № 5(91). – С. 22−31.
6. Патент РФ на изобретение №2303106. Способ возведения плитного фундамента повышенной жесткости / Шадунц К.Ш., Мариничев М.Б., Демченко В.А. // Бюл. изобр., 2007. – № 20.
7. Эффективные технологии устройства оснований фундаментов сооружений на слабых водонасыщенных глинистых грунтах / Е.А. Филимонов, А.А. Устинов // Вестник МГСУ, 2011, No 5, 297-300.
8. Струйная цементация грунтов / А.Г. Малинин // Пермь: Пресстайм, 2007г.
9. Мариничев, М. Б. Компенсация неравномерной сжимаемости основания жесткостью фундамента (на примере грунтовых условий г. Краснодара и края) : дис. … канд. техн. наук / 05.23.02 ; КубГАУ (Краснодар). — Волгоград : ВолгГАСУ, 2004, – 166 с.