Способ упрочнения грунта основания сооружения

 

Изобретение относится к строительству, а именно к технологическому процессу упрочнения грунта основания, осуществляемого до начала и во время строительства. Цель изобретения - повышение несущей способности грунта основания. Способ включает формирование в основании стволов свай путем образования скважин, размещения в них эластичных оболочек, подачу под давлением сжатого воздуха и наполнителя, причем скважины рсполагают 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, которые определяют по зависимости Σ<SB POS="POST">X,Y</SB> = (Σ<SB POS="POST">X,Y</SB> - Σ<SB POS="POST">*</SB>00Z<SP POS="POST">.</SP>ξ<SB POS="POST">н</SB>)/(ξ<SP POS="POST">.</SP>ξ<SB POS="POST">н</SB>-1), где Σ<SB POS="POST">X,Y</SB>

Σ<SB POS="POST">*</SB>00Z - значения природных нормальных напряжений, действующих в горизонтальной и вертикальной плоскостях

ξ - коэффициент передачи бокового давления

ξ<SB POS="POST">н</SB> - коэффициент проектируемого напряженного состояния основания сооружения. 2 з.п. ф-лы, 12 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ вания.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21 ) 46) 9278/23-33 (22) )5.12.88 (46) 30,05.90, Бюл. М 20 (71 ) Московский инженерно-строительный институт им. В.В.Куйбышева (72) А.Л.Крыжановский, У..И.Бокижанов и В.Н.Потапов (53) 624.138. 2 (088.8)

J (56) Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП

2 ° 02. 01-83 ) . M,: Стройиздат, 1 986, с ° 263-268 °

Абелев M.Ю. Слабые водонасыщенные глинистые грунты как основания сооружений. М.: Стройиздат, 1 973.

Авторское свидетельство СССР

У 903484, кл. E 02 D 27/28, 1982.

Патент Англии h» 880736, 68(2), !

96). (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ГРУНТА ОСНОВАНИЯ СООРУЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к строительству, а именно к технологическо му процессу упрочнения грунта основа- ния, осуществляемого до начала и во

Изобретение относится к строитель— ству, а именно к технологическому процессу упрочнения грунта основания, осуществляемого до начала и во время строительства.

Целью изобретения является повьппение несущей способности грунта осно09) Ш) (ц) Е 02 D 3/12 5/62 27/12

2 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 510 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 I нормальных напряжений, действующих в горизонтальном направлении, которые акоп Ð определяют по зависимости G „„= (О „

-(", „)/(".— 1), д C"„ ;(G", — С» значения природных нормальных напряжений, действующих в горизонтальной 2 и вертикальной плоскостях; — коэффициент передачи бокового давления;

1 — коэффициент проектируемого наФ

Н пряженного состояния основания сооружения. 2 з.п. ф-лы, 12 ил, На фиг.) схематически изображен .план преобразования основания с активными зонами упрочняемого грунта; . на фиг.2 — разрезы преобразуемого основания, на фиг.3 — то же, вариант выполнения, на фиг.4 — то же, вариант выполнения, на фит . 5 — схема отдельно стоящего ствола сваи, используемого

1567737 для предварительного напряжения грунта основания; на фиг,6 — то же, вариант выполнения; на фиг.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 (17 i 1,0; на фиг,11 — график зависимости Q = F (L); на фиг,12 — траектории нагружения основания под центральной частью сооружения при различньм значениях „и характер соответствующего деформирования образца 20 грунта при трехосном испытании в стабилометре.

Способ упрочнения сваями основания сооружения реализуют следующим образом.

До начала возведения сооружения 1 в его основании 2 формируют стволы свай Э 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.З5 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 8 и надфундаментной части сооружения (не показана), что позволяет принять Н = 0,0 и дает возможность

55 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 (E +) и выдержки (E ) давления. При многократном нагружении грунт приводится в упругое состояние, которое характеризуется деформацией (f „ ). Характер распределения нормальййх 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 — 4 х х оболочек под давлением при расположении скважин на расстоянии 10 D друг от друга. На фиг. 10 схематично показан фрагмент эпюры дополнительных — доп напряжений 6.4 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 P, с падением уровня напряжения между скважинами до величины Р „„. При этом среднее значение предварительного напряжения равдоп но проектному значениюо „ „ =(„

На фиг. 11 представлен график зависимости коэффициента предварительного напряжения от расстояния между скважинами(1 =F (L) . На фиг, 12 представлены схемы траекторий нагружения основания под центральной частью сооружения для („ с 1,0 (кривая 13) и

l для )1,0 (кривая 14) и соответствующие дифференциальные модули

dG, dG, сдвига Г„= — —, кривая 15, C G н,1, Р 1Е;, кривая 16 (где G соответствует траектории разгрузки при „ )1,0; G> траектории 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 основа5 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 л предельных значений неравномерной.. (Ь S >peg ) и среднеи (о прв ) осадок для данного сооружения:

Б расч 11 Б пре (1)

S расч о пре где Space - расчетная величина осадки

20 сооружения;

11$п е — пРеДельнаЯ неРавномеРнаЯ . осадка сооружения, S — предельная средняя осадка сооружения.

При опрессовке грунта в активной зоне преобразования основания увелибх чивается соотношение = -- -, где

1 г

1 значение коэффициента напряжени ного состояния основания; G; Gг напряжения в основании, действующие соответственно в горизонтальном и вертикальном направлениях после преобразования грунта основания описывае- 35 мым способом (без учета напряжений

/ от веса возводимого сооружения). Большим значениям 1 в основании соответтн ствуют большие значения дифференциальных модулей деформации при дефор- 40 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 (S) от величины „: (1н) (2)

Величина дополнительных нормальных

Аоп напряжений G, обеспечивающих не1 обходимое предварительное напряжение основания, удовлетворяющее условию (1), определена зависимостью: P np

G4Q> л, -Gg н (э) 4оп где Б „ — дополнительные нормальные напряжения, действующие в горизонтальных плоскостяХ;

"р

G„ >,G — природные напряжения, действующие соответственно в горизонтальном и вертикальном направлениях, — коэффициент передачи бокового давления;

Ф вЂ” коэффициент проектируемого к напряженного состояния основания сооружения, приводящий зависимость (2) в тождество

Согласно изобретению скважины располагают в местах пересечения системы ортогональных осей, расположенных в горизонтальной плоскости с

-12 шагом L — А где A=ND — расстояние

2 между двумя ближайшими скважинами по ,циагонали; D — диаметр ствола сваи (среднее значение диаметра после подачи давления в эластичную оболочку);

N — - 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 L обеспечивает условно равномерное распределение до4оп полнительных напряженир 6 4 в осл. Ф новаиии с коэффициентом неоднородности предварительного напряжения у

6ср дол где С вЂ” величина сред-.сл в ср л, к,ч них равномерных дополнительных напряжений от опрессовки грунта под слв давлением (7 =Р— дополнительные л напряжения на границе эластичная оболочка — грунт. При L (5 D грунт основания при его предварительном напряжении в месте перекрытия активных зон (в средней части интервала между скважинами по диагонали) приходит в предельное основание при G л скв что приводит к его выпору. Это обьясняется тем, что при L (5 D горизонтальные напряжения между сваями х при их сложении от 4 ближайших сква1567737 на глубине Н, приходит в предельное состояние; о — коэффициент запаса.

Для закрепления достигнутого эффекта предварительного напряжения основания (предотвращение его расслабления за счет протекания в грунте реологических процессов) подачу сжатого воздуха и наполнителя под давлением в эластичные оболочки осуществляют циклически с выдержкой постоянного давления на каждом цикле нагружения, Необходимое число циклов нагружения N устанавливают из условия практического достижения упругой стадии деформирования в пределах активной эоны деформирования грунта, окружающего оболочку, или на основании опытного исследования в полевых условиях, где определяют то минимальное N при котором увеличение числа циклов уже практически не приводит к дополнительному расширению оболочки и поступлению дополнительного объема сыпучего материала во внутреннюю полость эластичной оболочки. В процессе многократно повторенного цикла увеличения, выдержки и сброса дав30 ления внутри оболочки, в активной зоне деформированного грунта вокруг сваи завершается процесс деформацион- ного упрочнения и механическое поведение грунта становится адекватным

35 упругому телу где Релаксационные процессы практически не проявляются °

Сыпучий материал внутри эластичной оболочки также упрочняется (в результате упругого отпора окружающего

4р сваю грунта).

Глубину заложения верхней части свай (эластичных оболочек) Н прини9 мают такой, что

Р =Р„° К, (4) о где P — давление в эластичной оболочке;

Р„ — критическое значение нагрузки в эластичной оболочке, при котором окружающий грунт жин становятся больше давления в обо+ лочке P следовательно, возникает неоднородность распределения напря оп жений Ц с концентрацией в центре расстояния между скважинами. Шаг между скважинами Ь принимают таким, чтобы удовлетворить необходимое значение(, которое принимают исходя из размеров фундамента, его жесткости для обеспечения местной равномерности деформаций фундамента. Так, для ленточных и отдельностоящих фундаментов с шириной подошвы Ъ меньше предполагаемого L/2 для обеспечения равномерности деформаций отдельного фундамента необходима высокая степень однородности предварительного напряжения Q =1,0 (т.е. при L=5-6 D).

Для фундаментов, имеющих L/2 «< b (Ь, принимают ),Ос((0,9. Для большеразмерных сооружений, имеющих в качестве фундаментов сплошные монолитные или сборномонолитные железобетонные (бетонные) плиты, по своим размерам заведомо в несколько раз превышающие расстояние между сваями, принимаемое значение коэффициента существенно зависит от жесткости плиты, При малой жесткости требуется соблюдение практически полной однородности предварительного напряжения основания, т.е.

g=l 0 с повышением жесткости фундаментной плиты (фундаментной части) сооружения, значение (уменьшается и для практически абсолютно жесткой конструкции фундаментной части коэффициент (принимают равньм 0,7, а при соответствующих дополнительных экспериментальных и расчетных обоснованиях значение (может быть принято и меньше 0,7. При уменьшении увеличивается расстояние между скважинами L, аоответственно общее количество свай и стоимость практической реализации данного способа уменьшается, Время выдержки давления в свае на каждом цикле t вычисляют по формуле

Ф»

0 ст (5)

К re, 2

Ф где t — время условной стабилизации деформаций во времени; г Радиус скважины при условной стабилизации деформаций во времени; г — радиус скважины при стабилизации деформаций.

Выдержка на каждом цикле нагруже ния в течение времени t приводит к ч завершению процессов первичной и вто- „ ричной консилидации грунта основания вокруг сваи. Дпя песчаных грунтов

1567737

10 выдержку не производят, так как влияние процессов ползучести для песков незначительно.

Прн упрочнении сваями грунта ос5 нования сооружения в верхней его части для предотврашения выпора грунта, при проектном давлении в оболочках, оставляют неупрочненный слой грунта толщиной Н>, используемый в качестве пригрузки. Улучшение механических свойств или закрепление (химическое, механическое, термическое и т.д.) верхнего слоя грунта одним из извест— ных 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 основания позволяет исключить неупрочненную зону основания. Это приводит к более эффективному использовапию данного способа. 25

Для сооружений, имеющих в качестве фундамента плитную конструкцию большой жесткости, заглубление верхней части сваи не производят (Н =О). В этом случае до начала возведения со- 39 оружения в основании устанавливают скважины, опуска» т 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 проектпому. После формирования фундаментной плиты упрочняют сваями грунт 4 согласно предлагаемому способу, Используя на поверхности основания плиту фундамента сооружения при предварительном напряжении грунта основания (т.е ° включая ее в работу),исключается возможность выпора 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 нера номерную 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.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1. Способ упрочнения грунта основания сооружения, включающий формирование в основании стволов свай путем бурения скважин, размещения М них эластичных оболочек и подачи s них под давлением сжатого воздуха и наполнителя, отличающийся ,тем, что, с целью повышения несущей способности грунта основания, скважины располагают одна относительно другой на расстоянии 5-10 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 направлении

ll 1567737

1 нормальных дополнительных напряжений

- 4on и „определяемых зависимостью

IIp pp

4оп >) Gz н

° у

x„g (7 рр где б», 6 — значения природных нормальных напряжений, действующих соответственно в горизонтальной и вертикальной плоскостях;

1- коэффициент передачи бокового давления; коэффициент проектиру1 н емого напряженного состояния основания сооружения, 2. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что перед подачей сжатого воздуха и наполнителя в эластичные оболочки верхний слой грунта основания искусственно закрепляют.

3. Способ по и. 1, о тлич аю шийся тем, что в эластичные оболочки подают наполнитель в виде сыпучего материала в воздушно-сухом состоянии.

1567737

1567737

1567737 аг. иа. и и и и ап м а а zan

paccmowue тжду сВаяанала, с

©иг, ff

1567737

Составитель В. Гоник

Редактор Н, Горват Техред Л. Сердюкова Корректор О. Кравцова

Заказ 1308 Тираж 563 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101