Наличие слабых грунтов основания ставит перед инженерами комплекс задач по обеспечению устойчивости зданий и сооружений.
Усиление слабых грунтов основания на участке федеральной трассы Р-23 «Санкт-Петербург — Псков»
Необходимость усиления слабых грунтов возникает при строительстве новых и реконструкции существующих:
- зданий и сооружений;
- жилых домов и жилых комплексов;
- промышленных предприятий;
- линейных объектов (автомобильных, железных дорог);
- искусственных сооружений (мостов и путепроводов);
- при реконструкции (реставрации) объектов культурного наследия.
Усиление участков слабых грунтов «щебеночными сваями». ЖК «Белый остров». Геологический разрез
Существует довольно широкий спектр технических решений, которые позволяют решить проблему слабых оснований в зависимости от конкретных условий. Среди них изменение характеристик грунтов, снижение и перераспределение нагрузки на основание и другие.
Конкретный метод выбирается в зависимости от физико-механических (фильтрационных, прочностных, реологических и т.д.) свойств грунта, геологического строения грунтового массива и специфики строящегося объекта.
Принципиальное решение принимается проектировщиком на этапе разработки концепции проекта, с учетом комплекса сопутствующих факторов (включая технические возможности заказчика). Наиболее полную картину дают результаты технико-экономического обоснования (ТЭО), в рамках которого производится детальное сравнение возможных технических решений.
Замещение грунта
Подразумевает выемку слабого слоя до уровня залегания грунта с необходимыми прочностными характеристиками с последующим заполнением котлована песком, ПГС или иным подходящим по характеристикам материалом. При необходимости увеличения прочностных характеристик основания, в ходе обратной засыпки выполняется горизонтальное армирование массива георешетками.
Решение сопряжено с выполнением значительного объема земляных работ. Эффективно при небольшой (до 3-6 метров) глубине залегания слабого грунта.
Замещение грунта – одно из наиболее распространенных решений
Свайное основание
Устройство свай – классическое надежное решение при строительстве на слабых основаниях. Нагрузка от здания или сооружения передается на несущие слои грунта при помощи жестких вертикальных элементов (свай).
Наибольшее распространение, за счет доступности и низкой стоимости, получили железобетонные забивные сваи заводского изготовления.
Свайное основание в виде буронабивных свай
Для решения специфических задач: при значительных нагрузках от сооружения, сложном геологическом строении грунтов основания, особых условиях строительства и т.д. – применяются буронабивные сваи. В зависимости от конкретных условий в проекте предусматривается использование свай по технологии Fundex, CFA (также известной под названием «непрерывный полый шнек»), под защитой обсадной трубы или других.
Устройство буронабивных свай под защитой обсадной трубы — одна из наиболее щадящих технологий
«КастомГео» накопил богатый опыт успешного применения в буроинъекционных микросвай, использование которых позволяет выполнить работы в сложных, стесненных условиях строительства.
Буроинъекционная свая приготовленная к монтажу
«Щебеночные сваи»
Слабый массив грунта модифицируется путем формирования в нем столбов из инертных материалов (щебень, песок, ПГС, рецикл бетона и т.д.) методом виброуплотнения, что повышает несущую способность и снижает деформируемость основания, сокращает время консолидации и устраняет просадочные свойства грунтов.
Технология позволяет улучшить характеристики грунта на глубину до 30 метров. Возможно локальное усиление участков основания. В ряде случаев является наиболее экономичным решением.
Подробнее о технологии читайте в разделе «Щебеночные сваи».
Геодренирование
В слабых водонасыщенных грунтах выполняется поле из вертикальных дренирующих элементов, по которым происходит отток воды из грунтового массива при нагрузке с поверхности. Такие элементы могут быть выполнены из геокомпозита, гофрированных труб или в виде песчаных (щебеночных) дрен. Наибольшее распространение получили многослойные композиционные дренирующие материалы.
Геодрены применяются для ускорения стабилизации обводненных слабых оснований
Как правило, технология применяется в дорожном строительстве при возведении высоких насыпей (в том числе конусов насыпей мостовых сооружений). Это относительно недорогое решение. Одно из значимых ограничений применения технологии сопряжено с существенными деформациями (осадками) насыпи, которые происходят во время ее консолидации основания.
Струйная цементация (Jet Grouting)
Модификация грунта по методу струйной цементации (Jet Grouting) предполагает перемешивание грунта с цементным раствором. Вначале пробуривается лидерная скважина, затем с проектной отметки через монитор с форсунками (расположен в нижней части буровой колонны) под высоким давлением подается цементный раствор (с воздухом и/или водой), струя которого разрушает структуру грунта и перемешивается с ним.
Усиление грунта основания струйной цементацией в рамках рекоснтрукции федеральной трассы
При движении монитора снизу вверх формируется цилиндрический грунтоцементный массив. За счет перемещения буровой колонны можно сформировать массив необходимой формы.
Модификация больших объемов рискует оказаться нерентабельной за счет высокой стоимости материала и объема буровых работ.
Выполнение грунтоцементного массива во дворе здания
Глубинное перемешивание (Deep Soil Mixing, DSM)
По принципу укрепления грунта технология аналогична струйной цементации, но формирование грунтоцементного элемента (ГЦЭ) выполняется не за счет энергии струи подаваемого через монитор раствора, а путем механического перемешивания при помощи специализированного смесительного оборудования, размещаемого на буровой установке.
Смеситель состоит из полой штанги и лопастей. На первом этапе выполняется погружение рабочего на проектную глубину с разрушением структуры грунта и одновременной подачей раствора на основе цемента. Перемещаясь верх-вниз рабочий орган перемешивает грунт, формируя грунтоцементный элемент (колонну) с постоянным диаметром, прочностью до 10 МПа.
Возможно устройство как отдельных ГЦЭ (под ростверки стоек каркасного здания), так и модификация грунтового массива – сплошная или с устройством ГЦЭ с расчетным шагом.
Плитное железобетонное основание
Выполнение в качестве фундамента железобетонной плиты заданной площади позволяет равномерно распределить нагрузку от объекта на основание. Возможность такого решения определяется геотехническими расчетами.
Увеличение фундаментной плиты позволяет перераспределить нагрузку
Легкая насыпь
Тело легкой насыпи формируется из блоков экструдированного пенополистирола (ЭППС или XPS), удельный вес которого в 30 раз меньше по сравнению с песком. Существенное снижение нагрузки на грунт позволяет избежать или минимизировать дополнительные мероприятия по усилению основания. Также сокращается срок консолидации. Решение наиболее востребовано в инфраструктурном строительстве.
Устройство легкой насыпи в рамках рекоснтрукции федеральной трассы