Проектирование укрепления грунтов

Активное развитие крупных городов привело к необходимости осваивать новые площадки строительства со сложными инженерно-геологическими условиями. Строительство на данных территориях невозможно осуществить без дополнительных мероприятий по улучшению их прочностных и деформационных характеристик. При этом в зависимости планируемых нагрузок от проектируемого сооружения возможно использование методов укрепления грунта:
• Замена слабых грунтов на уплотненное песчаное основание – возможно использовать при глубине залегания слабого основания до 2 м.
• Использование геодрен и пригрузки большой насыпью (5-10 м) для ускорения консолидации грунта и реализации осадок – данный метод подходит, если имеется время для прохождения консолидации грунта (обычно не менее 6 месяцев и до года).
• Механическое уплотнение грунтов – производится с целью повышения плотности, что приводит к улучшению физико-механических характеристик грунтов. Существуют поверхностные методы уплотнения, к которым относятся динамическое уплотнение тяжелыми трамбовками, катками, площадными вибраторами. Глубинное уплотнение выполняется при помощи глубинного вибратора и позволяет укреплять рыхлые песчаные грунты на глубину до 10-15 м. Уплотнению поддаются в основным рыхлые грунты с большой пористостью. Глинистые грунты не уплотняются.
• Инъекционное закрепление грунтов – повышение прочностных и деформационных характеристик грунтов за счет нагнетания специальных вяжущих составов. Чаще всего в качестве вяжущего используется портландцемент, который является наиболее дешевым и экологическим материалом. Грунт, укрепленный путем цементации, называют геомассивом. Существует цементация проникающая, уплотняющая и цементация методом гидроразрыва. Цементация обычно увеличивает характеристики слабых песчаных грунтов на 10-15%, но, к сожалению, является почти неконтролируемой технологией, а также сложно предсказуема зона закрепления. 
• Армирование грунта грунтовыми или буровыми колоннами – снижается деформативность и повышается прочность слабого основания. Армирование грунта обычно выполняется грунтоцементными, буроинъекционными, песчаными сваями или другими грунтовыми колоннами. Грунтовые колонны (сваи) могут быть устроены путем внедрения при помощи вибрации (виброобмена) нового песчаного или песчано-гравийного грунта.
• Буросмесительный метод (Deep Soil Mixing, DSM) – механическое перемешивание грунта с цементным раствором при помощи лопастей, расположенных на конце бурового инструмента.



Рис. 1. Буровая установка для DSM.


• Струйная цементация (Jet Grouting) – использовании энергии высоконапорной струи для перемешивания грунта с цементным раствором, в результате чего формируется колонна укрепленного грунта, которую называют грунтоцементной. Позволяет на стадии проектирования прогнозировать прочностные и деформационные характеристики укрепленного грунта, а также диаметр грунтоцементной колонны.



Рис. 2. Выход струи.


Эксплуатация зданий и сооружений приводит в некоторых случаях к необходимости усиления их фундаментов и грунтов в основании. Это обычно происходит из-за следующих случаев:
- увеличение нагрузок на существующие фундаменты при надстройке дополнительных этажей,
- ухудшение характеристик грунтов основания в период эксплуатации,
- ошибки при проектировании фундаментов,
- ошибки при проведении инженерно-геологических изысканий,
- ошибки при строительно-монтажных работах.
Основные причины необходимости усиления фундаментов вызваны являются:
- недостаточная несущая способность грунтов основания;
- недостаточная несущая способность самих фундаментов.
При строительстве в районах опасных с точки зрения карстово-суффозионной опасности необходимо проведение противокарстовых мероприятий. Для заполнения карстовых воронок в основании часто применяют различные виды цементации.
В качестве мероприятий по усилению фундаментов можно выделить следующие:
• Цементация фундамента и контакта «фундамент-грунт». Выполняется для восстановления несущей способности фундамента и заполнения возможных пустот суффозионного характера на контакте «фундамент-грунт». Работы заключаются в нагнетании под давлением через одиночные, предварительно пробуренные скважины цементного раствора, совместимого с материалом кладки, в результате чего омоноличивается кладка, ликвидируются пустоты, обнаруженные на контакте «фундамент-грунт». Заполнительная цементация возможных пустот по контакту «фундамент-грунт» увеличивает площадь надежного сопряжения фундаментов с основанием, более равномерно распределяет нагрузку от здания.



Рис. 3. Схема цементации фундамента и контакта «фундамент-грунт».


• Цементация грунта с помощью инъекционных трубок. Для увеличения деформационных и прочностных характеристик грунтов основания на глубину больше 1,0 м под подошвой фундаментов используются инъекционные трубки. Сущность технологии с состоит в нагнетании цементного раствора в инъекционные трубки, установленные с шагом 0,5-1,0 м по глубине. Трубки устанавливаются в одну скважину и прокачиваются поочерёдно по глубине. Обычно максимальная глубина закрепления составляет 3,0-4,0 м.



Рис. 4. Схема цементации с помощью инъекционных трубок.


• Цементация грунта методом манжетной инъекции. В данном способе закрепление грунтов происходит через поинтервальное по глубине (обычно через 0,33-0,5 м) нагнетание цементного раствора через предварительно установленные в грунте манжетные колонны. Для нагнетания раствора в нужный интервал в колонну опускают двойной пакер (обтюратор), который обеспечивает подачу раствора в нужную область. После нагнетания проектного объёма обтюратор переставляют на новый интервал и операцию повторяют.



Рис. 5. Схема манжетной цементации.


• Устройство буроинъекционных свай (в том числе по технологии MiniJet).



Рис. 6. Схема буроинъекционной сваи.


• Устройство грунтоцементных свай (по технологии Jet 1).
Наша компания использует самые современные методы укрепления грунтов, позволяющие выполнить укрепление грунтов до необходимой несущей способности и в кратчайшие сроки. 
Для каждой задачи мы выбираем свой метод укрепления грунтов, выполняем необходимые расчеты на прочность и осадку, определяем необходимую глубину укрепления и оцениваем стоимость и сроки выполнения работ.