Довольно часто при строительстве зданий и сооружений приходится делать усиление грунта, так как идеального нет. А основание для любого сооружения должно отвечать всем требованиям прочности, устойчивости и надежности.
Поэтому для усиления данных параметров применяются грунтоцементные сваи, технология которых была разработана в давние времена за рубежом.
Что такое грунтоцементные сваи?
Суть данной технологии заключается в том, что во время бурения скважины одновременно подается под высоким давлением жидкий раствор цемента, вследствие чего грунт перемешивается с цементом и после его затвердевания образуется свая, основой которой является грунтобетон.
Жидкий раствор под силой давления разрушает массив грунта, перемешивает его, как в мясорубке, и пропитывает цементом.
Такая технология укрепления грунта часто используется при строительстве подземных сооружений, укреплении торфяников и прочих подвижных пород земли, при укреплении откосов насыпей и склонов рельефа. Также цементация грунта применяется с целью увеличить несущие характеристики свай.
Основные технологии
Грунтобетонные сваи могут устраиваться с использованием различных технологий и устройств.
Метод SOILMIX заключается в том, что в грунт погружается специальное устройство с разбуривающим наконечником, оснащенном режущими лопастями. В то время как лопасти режут пласт земли и перемешивают его, через отверстия в наконечнике подается под высоким давлением жидкий раствор цемента.
В основе второго метода JET GROUTING (реактивное заливание раствором) лежит цементация грунта двумя этапами. На первом этапе происходит образование первоначальной скважины малого диаметра, после чего буровую установку поднимают с вращением. Второй этап заключается в поднятии буровой установки с одновременным нагнетанием струи жидкого цемента под давлением равным 600 атм.
Третий метод, называемый высоконапорной инъекцией, заключается в том, что в пробуренную скважину небольшого диаметра спускают специальное устройство, в виде трубки, через которую в грунт подается цементная суспензия, так же под высоким давлением.
Такими методами осуществляется укрепление сваями грунтов пылевидных, заиленных, торфинированных. Поскольку устройство данных свай не создает дополнительных динамических нагрузок, их активно применяют в условиях стесненности, для выправления наклоненных зданий и сооружений в условиях города, где плотность застройки достаточно высока.
Каждый из методов имеет свои преимущества и недостатки и может быть использован в различных ситуациях.
Преимущества использования грунтоцементных опор
Грунтовые сваи дают возможность производить работы в абсолютно неудобных и стесненных условиях, где невозможно применять традиционные способы укрепления фундаментов существующих зданий и сооружений.
Струйная цементация достаточно прочно и надежно укрепляет практически все грунты, от пылевидных и торфяников до скалистых. Даже в условиях вечной мерзлоты данные технологии позволяют устраивать свайные фундаменты с наименьшими трудозатратами и с высокой степенью надежности.
Благодаря отсутствию ударных и вибрационных нагрузок на грунт, устройство данных конструкций дает возможность производить работы по устройству нулевых циклов вблизи эксплуатируемых зданий промышленного и гражданского назначения, а также внутри жилых кварталов.
При использовании метода струйной цементации грунт вокруг сваи существенно уплотняется, благодаря воздействию на него струи жидкого цемента, подающейся под высоким давлением.
За счет образования в грунте волнообразной спирали из цементного раствора, благодаря вращающимся лопастям буровой установки, на всем протяжении сваи улучшается качество сцепления её с грунтом.
Если при устройстве висячих буронабивных свай их нижние концы вынуждены опираться на буровой шлам, то технология грунтоцементных свай предполагает опирание сваи на прочное основание, образованное цементной суспензией, смешанной с грунтом, что естественным образом увеличивает их устойчивость, прочность и надежность.
Недостатки опор
На фоне столь многих преимуществ единственный недостаток может и не влиять существенным образом на широкое применение данных технологий.
Заключается этот недостаток в том, что во время устройства цементации грунтов происходит излишнее насыщение окружающего сваю грунта водой, поступающей из цементной суспензии.
В результате может повыситься на некоторое время уровень грунтовых вод, который по прошествии времени стабилизируется.
Кроме этого на строительной площадке образуется весьма обширная корка из пульпы после промывки скважины. Однако по сравнению с достоинствами метода устройства грунтоцементных свай, столь несущественные недостатки не могут играть большого значения.
Растворы для устройства грунтоцементных свай
Растворы для устройства данного вида свай или укрепления грунтов. Выбираются в зависимости от данных инженерно — геологических изысканий.
Используются в основном растворы на основе полимерных или минеральных вяжущих:
Цементные.- Цементно — глинистые.
- Цементно — полимерные.
- Цементно — песчаные.
- Глинистые.
- Глино — силикатные.
- Силикатные и прочие.
Все растворы должны обладать высокой проникающей способностью, иметь возможность регулировать их вязкость, срок схватывания. Кроме этого они должны быть по мере отвердения отвечать требованиям прочности.
Для укрепления грунта на участке строительства применяются растворы с различной рецептурой, состав которой зависти от состояния грунтов и вида вяжущего.
Испытание грунтов сваями производится путем бурения контрольных скважин, в процессе которого делается отборка кернов зацементированного грунта.
В проектной документации должны быть установлены параметры, по которым происходит испытание:
- Как поглощается вода в скважинах.
- Как выходит керн.
- Насколько устойчивы стенки скважины в течение определенного периода;
- Определение качества грунта после его цементации – однородности, прочности, наличии пустот.
- Результаты динамического или статического воздействия на образец укрепленного грунта.
На всем протяжении выполнения работ по укреплению грунтов методом цементации производится постоянный контроль за состоянием свай, качеством используемых материалов. Готовые сваи испытываются методом нагружения ступенчатым способом, когда нагрузку на сваю увеличивают по определенному графику.
Скважины для грунтобетонной сваи устраивают при помощи специализированной техники с выемкой грунта и без выемки.
В первом случае длина сваи может достигать 20 метров, в то время как устройство свай без выемки грунта ограничивается длиной в 7 метров. При этом диаметр сваи длиной 3 м варьируется в пределах 0,8-0,9 м, если же длина 7 метров диаметр составляет 0,5-0,7 метров.
Бурение скважин осуществляется полым буром, который остается в земле, после чего происходит заполнение скважины раствором, через отверстия, сделанные в наконечнике бура. Свая формируется по мере поднятия бурового механизма в результате смешивания грунта и цементной суспензии.
Устраиваемые сваи с выемкой грунта имеют диаметр до 0, 5м. В этом случае свая заливается путем подачи под давлением порций бетона в скважину, в результате чего образуется прочная опора. При необходимости данную конструкцию можно армировать сеткой.
В качестве заключения хочется сказать, что устройством грунтоцементных свай могут заниматься только специализированные организации, поскольку здесь требуется и соответствующая техника и присутствие на стройплощадке специалистов, наблюдающих за ходом работ и проводящих постоянный контроль, о чем составляются всевозможные акты и другая документация.
