Способ упрочнения грунта основания сооружения

(54) СПОСОБ УП НИЯ СООРУЖЕНИЯ (57) Изобрете тельству, а имму процессу уп ния, осуществ о начал емо ся к строитель логическомуИзобретение отно На фиг,1 ан преобрясак- грунта;. емого ос азования основанми упрочняемогоазреэы преобразуфиг,3 - то же, вна фиг.4 - то жена фиг, 5 - схема тех нн ву, аоцессу ован вре ивньми зо та о упрочнени на фиг.2нов ан ия; на о начала и осуществ строите яемогльс тва .изобр ариант ва риа отдель вол Я 1 ется повьппе тения собно Целью ние несувания. и грунта осн выполнения; еи с яш ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗ 61 9278/23-335.12.880.05.90, Бюл, Мф 20осковский инженерно-строитеститут им . В.В.КуйбышеваЛ.Крыжановский, У.,И,БокижаПотапов24,138,2 (088.8)(56) Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 202.01 -83 ). М,: Стройиздат, 1 986, с263-268Абелев М,И,. Слабые водонасыщенные глинистые грунты как основания сооружений, М,: Стройиздат, 1 973 .Авторское свидетельство СССР У 903484, кл. Е 02 Р 27/28, 1982,Патент Англии Л 880736, 68(2),НЕНИЯ ГРУНТА ОСНОВАие относится к строиенно к технологическорочнения грунта основа 5 Е 02 Р 3/12 5/62 27/12 время строительства. Цель изобретения - повьппение несущей способности грунта основания. Способ включает фор мирование в основании стволов свай путем об ра эования скважин, ра эмещения в них эластичных оболочек, подачу под давлением сжатого воздуха и наполнителя, причем скважины располагают на расстоянии друг от друга, равном 5- 10 диаметров ствола сваи, а подачу сжатого воздуха и наполнителя в эластичные оболочки осуществляют циклически, с выдержкой постоянного давления на каждом цикле нагружения, причем давление сжатого воздуха равно суммарному значению дополнительных нормальных напряжений, действующих в горизонтальном направлении, которыеакоп пР определяют по зависимости б= (Ох,1 н)/(- 1), гдето" бзначения природных нормальных напряжений, действующих в горизонтальной и вертикальной плоскостях;- коэффициент передачи бокового давления;- коэффициент проектируемого на- ФНпряженного состояния основания сооружения. 2 з,п. ф-лы, 12 ил,схематически изображен твола сваи, используемог1567737 Составитель В. ГониТехред Л. Сердюкова Редактор Н,вцоварректоказ 1308 Тираж 563 Подписное НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 Одля предварительного напряжения грунта основания; на фиг,6 - то же, вариант выполнения; на фнг.7 - то же, вариант выполнения; на Фиг,8 - график упрочнения грунта основания; на фиг.9 - кривые распределения напряжений в грунте при взаимном влиянии скважин под давлением; на фиг,10 - фрагмент пространственной эпюры дополнительных нормальных напряжений по некоторому горизонтальному сечению при предварительном напряжении основания с коэффициентом неоднородности (/ ( 1,0; на фиг,11 - график зависимости 1.1 = Р(Ь); на фиг,12 - траектории нагружения основания под центральной частью сооружения при различньм значенияхи характер соответствующего деформирования образца 20 грунта при трехосном испытании в стабилометре.Способ упрочнения сваями основания сооружения реализуют следующим образом.25 До начала возведения сооружения 1 в его основании 2 формируют стволы свай 3 путем образования скважин 4 с последующим размещением в них эластичных оболочек 5, Для ослабления релаксации напряжений свайное поле на один ряд превышает по своим размерам в плане "пятно" застройки будущего сооружения. Далее производят опрессов З 5 ку грунта основания путем циклической неоднократной) подачи сжатого воздуха и наполнителя 6 (сыпучий материал в воздушно-сухом состоянии)в эластичные оболочки. На фиг, 2 - 7 показаны 40 соответственно размеры свайного поля и отдельные стволы свай при различной реализации описываемого способа; на фиг,2 и 5 - без какого-либо преобразования верхнего слоя основания. В 45 этом случае в верхней зоне основания оставляют непреобразованный предлагаемым способом слой 7 основания толщиной Н, используемой в качестве пригрузки. На фиг,З и б - с закреплением грунта верхнего слоя основания, что уменьшает Н ; на фиг,4 и 7 - с использованием плитной конструкции фундамента б и надфундаментной части сооружения (не показана), что позволяет принять Н= 0,0 и дает возможность55 применять способ не только до начала возведения сооружения, но и во время строительства. На фиг,8 изображен график упрощения оснований при циклической подаче сжатого воздуха и наполнителя под давлением с выдержкой по времени на каждом цикле нагружения, чему соответствуют деформации циклики (ГЧ) и выдержки (Е ) давления. При многократном нагружении грунт приводится в упругое состояние, которое характеризуется деформацией ( ). Характер распределения нормальйьм напряжений, действующих в горизонтальной плоскости при подаче давления в одну эластичную оболочку, представлен расчетной кривой 9, хорошо согласующейся с экспериментальными данными (кривая 10). Кривая 11 соответствует распределению напряжений от взаимного влияния 2 , а кривая 12 - 4оболочек под давлением при расположении скважин на расстоянии 10 Р друг от друга. На фиг, 1 О схематично показан фрагмент эпюры дополнительных; допнапряжений й в произвольном го х,ризонтальном сечении преобразованного основания от предварительного напряжения при 1(1,0 с максимальной концентрацией напряжений около стволов свай, равной величине давления в эластичной оболочке Р , с падением уровня напряжения между скважинами до величины Р , При этом среднее значение предварительного напряжения равоп 4 о но проектному значенюоо= 6 поаекд, На фиг, 11 представлен график зависимости коэффициента предварительного напряжения от расстояния между скважинамиу =Р(Ь). На фиг, 12 представлены схемы траекторий нагружения основания под центральной частью сооружения дляс 1,0 (кривая 3) идля)1,0 (кривая 14) и соответствующие дифференциальные модулийб, йб, сдвига Г= -- , кривая 15, С Сн Р 10;кривая 16 (где Сг соответствует траектории разгрузки при)1,О; Снтраектории нагрузки при( 1,0).Создание предварительного напряжения в горизонтальном направлении приводит грунт в такое напряженное состояние, что)1,0, т,е. достигается характер деформирования основания по разгрузочной траектории, чему соответст5 1567737 вуют большие по величине модули деформаций.Сущность способа заключается в том, что несущую способность основа 5 ния повышают за счет его предварительного напряжения в горизонтальном направлении путем опрессовки грунта основания дополнительным давлением в эластичных оболочках. Величина проектируемого предварительного напряжения основания определяется иэ условия недопустимости осадки основания предельных значений неравномерной (ЬБпре 9) и средней (Бпре) осадок для данного сооружения: 25 Б расчЬ Б пре. осадка сооружения; Бпе - предельная средняя осадкасооружения.При опрессовке грунта в активной зоне преобразования основания увеличивается соотношение 1 =- , гден 1значение коэффициента напряжениНОГО состОЯниЯ ОснованиЯ 1 (3 л, 1 (2напряжения в основании, действующие соответственно в горизонтальном и вертикальном направлениях после преобразования грунта основания описывае мым способом (без учета напряжений/ от веса возводимого сооружения). Большим значениям 1 в основании соответтн ствуют большие значения дифференциальных модулей деформации при дефор мировании основания от веса возводимого сооружения, а следовательно, меньшие значения осадки. Предварительно расчетным путем, используя данные инженерно-геологических изысканий и 45 лабораторных трехосных испытаний грунта, строят зависимость осадки сооружения (Б) От величины :(1 н) (2) Величина дополнительных нормальныхАоа напряжений 6 , обеспечивающих необходимое предварительное напряжение основания, удовлетворяющее условию 55 (1), определена зависимостью:(лб - природные напряжения, действующие соответственно вгоризонтальном и вертикальном направлениях;- коэффициент передачи бокового давления;Ф- коэффициент проектируемогоннапряженного состояния основания сооружения, приводящий зависимость (2) втождествоСогласно изобретению скважины располагают в местах пересечения системы ортогональных осей, расположенных в горизонтальной плоскости с шагом Ь - А где А=ИР - расстояние2между двумя ближайшими скважинами по ,циагонали; 0 - диаметр ствола сваи (среднее значение диаметра после подачи давления в эластичную оболочку); И - число диаметров свай, укладываемых по диагонали между двумя соседними скважинами, принимают из условия соблюдения местной однородности предварительного напряжения основания, учитывая вид грунта, размеры фундаментов и тип сооружения, а также особенности инженерно-геологических условий на площадке строительства), Принятое расстояние Е обеспечивает условно равномерное распределение додоп полнительных напряженвф 0 в осл,ф новании с коэффициентом неоднородности предварительного напряжения убсРАопгде6 - величина средслв лср л,к,чних равномерных дополнительных напряжений от опрессовки грунта подСлвдавлением 5 =Р - дополнительные1 л,напряжения на границе эластичная оболочка - грунт. При Е (5 0 грунт основания при его предварительном напряжении в месте перекрытия активных зон (в средней части интервала между скважинами по диагонали) приходит в пРеДеЛьное основание пРи бл Р,скв что приводит к его выпору. Зто обьясняется тем, что при Е (5 0 горизонтальные напряжения между сваямикпри их сложении от 4 ближайших сква1567737 на глубине Н, приходит впредельное состояние;с, - коэффициент запаса.5Для закрепления достигнутого эффекта предварительного напряженияоснования (предотвращение его расслабления за счет протекания в грунтереологических процессов) подачу сжатого воздуха и наполнителя под давлением в эластичные оболочки осуществляют циклически с выдержкой постоянного давления на каждом цикле нагружения, Необходимое число циклов 15 нагружения И устанавливают из условияпрактического достижения упругойстадии деформирования в пределах активной эоны деформирования грунта,окружающего оболочку, или на основании опытного исследования в полевыхусловиях, где определяют то минимальное Н, при котором увеличение числациклов уже практически не приводитк дополнительному расширению оболочкии поступлению дополнительного объемасыпучего материала во внутреннюю полость эластичной оболочки. В процессе многократно повторенного циклаувеличения, выдержки и сброса дав ления внутри оболочки,в активной зоне деформированного грунта вокругсваи завершается процесс деформацион-ного упрочнения и механическое поведение грунта становится адекватнымупругому телу, где релаксационныепроцессы практически не проявляютсяСыпучий материал внутри эластичнойоболочки также упрочняется (в результате упругого отпора окружающего 40 сваю грунта). Глубину заложения верхней части свай (эластичных оболочек) Н прини 3 мают такой, чтоР =РК, (4)4где Р - давление в эластичной оболочке;Р - критическое значение нагрузки в эластичной оболочке,при котором окружающий грунт жин становятся больше давления в оболочке Р , следовательно, возникаетнеоднородность распределения напряопжений бс концентрацией в центрерасстояния между скважинами. Шаг между скважинами Ь принимают таким, чтобы удовлетворить необходимое значение(, которое принимают исходя изразмеров фундамента, его жесткостидля обеспечения местной равномерности деформаций фундамента. Так, дляленточных и отдельностоящих фундаментов с шириной подошвы Ъ меньше предполагаемого Ь/2 для обеспечения равномерности деформаций отдельного фундамента необходима высокая степеньоднородности предварительного напряжения (/ =1,0 (т,е, при Ь=5-6 Р).Для фундаментов, имеющих Ь/2Ъ ( 1.,принимают 1,0 с( 0,9. Для большеразмерных сооружений, имеющих в качествефундаментов сплошные монолитные илисборномонолитные железобетонные(бетонные) плиты, по своим размерамзаведомо в несколько раз превышающиерасстояние между сваями, принимаемоезначение коэффициентасущественнозависит от жесткости плиты, При малойжесткости требуется соблюдение практически полной однородности предварительного напряжения основания, т.е.(=1,0 с повышением жесткости фундаментной плиты (фундаментной части)сооружения, значениеуменьшается идля практически абсолютно жесткойконструкции фундаментной части коэффициент ( принимают равньи 0,7, апри соответствующих дополнительныхэкспериментальных и расчетных обоснованиях значение ( может быть принято и меньше 0,7. При уменьшенииувеличивается расстояние между скважинами Ь, соответственно общее количество свай и стоимость практической реализации данного способа уменьшается,Время выдержки давления в свае накаждом цикле й вычисляют по формуле%0 ст (5)45К гоо,й=Ф где Г. - время условной стабилизациидеформаций во времени;г Радиус скважины при условнои стабилизации деформацииво времени;г - радиус скважины при стабилизации деформаций.Выдержка на каждом цикле нагружения в течение времени 1 приводит кчзавершению процессов первичной и вто-ричной консилидации грунта основания вокруг сваи. Дпя песчаных грунтоввыдержку не производят, так как влияние процессов ползучести для песков незначительно.Прн упрочнении сваями грунта ос 5 нования сооружения в верхней его части для предотврашения выпора грунта, при проектном давлении в оболочках, оставляют неупрочненный слой грунта толщиной Нэ, используемый в качестве пригрузки. Улучшение механических свойств или закрепление (химическое, механическое, термическое и т.д,) верхнего слоя грунта одним из известных способов производят толщиной такой, чтобы при предварительном напряжении основания этот (закрепленный) слой включался в работу и препятствовал бы выпору грунта, Таким образом использование предлагаемого метода в сочетании с закреплением верхнего слоя основдния позволяет исключить неупрочненную зону основания. Это приводит к более эффективному использовапию данного способа, 25Для сооружений, имеющих в качестве фундамента плитную конструкцию большой жесткости, здглубление верхней части сваи не производят (Н =0). В этом случае до начала возведения со оружения в основании устанавливают скважины, опускают в них эластичные оболочки, подают сжатый воздух с наполнителем под давлением, обеспечивающим устойчивость (не осыпапие)35 стенок скважины. Затем формируют на поверхности грунта в зоне расположения скважин железобетонную (бетонную) плиту Фундаментной части сооружения с соосными скважинам отверстиями, через которые впоследствии производят подачу сжатого воздуха и наполнителя в оболочки под давлением, равным проектному. После формирования фундаментной плиты упрочняют сваями грунт 45 согласно предлагаемому способу, Используя на поверхности основания плиту фундамента сооружения при предварительном напряжении грунта основания (т,евключая ее в работу),исключается возможность вьн.ора грунта по всей пл щади соору.ения. Ро мере возведения соорукенпя (увеличивается его вес и жесткость) дополнительное давление в скважинах можно увеличивать,55 тем самым продолжать упрочнение грунта основания.Способ позволяет уменьшить влияние природной неоднородности основания на неравномерную осадку, Для ряда сооружений (реакторные отделения АЭС, турбоагрегаты ТЭС и ЛЭС и т.д.) существуют жесткие требования к неравномерным осадкам, так для реакторных отделений АЭС величина максимального относительного крена не должна превьппать значения 0,001. С высокой надежностью удовлетворить жесткие требования по крену подобных сооружений при большой степени неоднородности в исходных данных к расчету перемещения основания практически не представляется возможным, Надежным техническим решением при этих условиях является такое инженерное преобразование свойств основания, которое резко снижает осадку и делает, таким образом не столь актуальной цроблему точности ее прогноза, Жесткие требования по крену удовлетворяются как следствие относительной малости осадки сооружения в целом, что позволяет достичь использование описанного способа, так как прогнозировать начальное напряженно-деформируемое состояние основания с достаточной степенью точности в настоящее время невозможно.Устраиваемое в пределах "пятна" застройки до начала возведения сооружения поле скважины на один ряд превышает по своим размерам в плане "пятно" застройки будущего сооружения, что позволяет ослабить релаксацию напряжений в толще преобразованного основания.формула и з обретения1. Способ упрочнения грунта основания сооружения, включающий формирование в основании стволов свай путем бурения скважин, размещения М них эластичных оболочек и подачи в них под давлением сжатого воздуха и наполнителя, о т л и ч а ю щ и й с я ,тем, что, с целью повышения несущей способности грунта основания, скважины располагают одна относительно другой на расстоянии 5-О диаметров стволов свай, а подачу сжатого воздуха и наполнителя в эластичные оболочки осуществляют циклически, с выдержкой на каждом цикле нагружения постоянного давления, величина которого равна суммарному значению действующих в горизонтальном направлении1 15 б 7737нормальных дополнительных напряженийАопоопределяемых зависимостью 12 ор врДоп)н О афвч ( 7где б , 0 - значения природных нормальных напряжений, действующих соответственно в горизонтальной и вертикальной плоскостях;коэффициент передачи бокового давления; коэффициент проектирунемого напряженного состояния основания сооружения,2. Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что перед подачейсжатого воздуха и наполнителя в эластичные оболочки верхний слой грунтаоснования искусственно закрепляют,3, Способ по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что в эластичные оболочки подают наполнитель в виде сыпучего материала в воздушно-сухом состоянии,