Искусственные основания

К искусственным основаниям прибегают в тех случаях, когда естественные грунты по своим свойствам не отвечают нормаль­ным условиям возведения и эксплуатации здания или сооруже­ния, т. е. являются слабыми. В этих случаях применяют уплотне­ние и закрепление грунтов или заменяют их более прочными, т. е. создают искусственное основание. К искусственным можно также отнести и свайные основания, когда нагрузка от сооружения на грунт передается через сваи, однако обычно такую конструкцию называют свайным фунда­ментом, а не основанием.

Механическое уплотнение грунтов может быть осуществлено тремя способами: непосредственным весом меха­низмов (катки), ударным (трамбовки) и вибрационным (вибра­торы).

Наибольшего эффекта от уплотнения можно добиться при определенной влажности грунта. Оптимальное значение влаж­ности следующее: для песчаных грунтов - 8-17%; для супе­счаных - 15-18%; для суглинистых - 17-20% и  для глини­стых - 20-25%.

Катки применяют главным образом для уплотнения связных грунтов и для небольших по толщине слоев несвязных грунтов.

В последнее время получило распространение уплотнение трамбовками, сбрасываемыми с различных кранов или копров. Железобетонные или металлические плиты весом 1-2 т под­нимают на высоту 1-2 м и более и сбрасывают вниз. При этом грунт уплотняется на глубину до 1 м. Такой метод можно при­менять как для связных, так и несвязных грунтов.

Вибрирование применяют для уплотнения только несвязных  грунтов при помощи глубинных вибраторов. Этот метод наибо­лее эффективен при уплотнении песчаных грунтов с содержа­нием пылеватых и глинистых частиц не более 20%.

Уплотнение грунтов песчаными и грунтовыми сваями заключается в том, что стальные трубы диаметром не менее 300 мм погружают в грунт, а затем заполняют их пес­ком или грунтом, заливают водой и навлекают на поверхность. Все эти операции выполняют при помощи вибраторов.

Закрепление грунтов достигается цементацией, биту­мизацией, силикатизацией, стабилизацией, а также при помощи полимерных смол.

Цементация грунта заключается в нагнетании в его пустоты цементного раствора через предварительно забитые трубы - инъекоры, которые постепенно извлекают из грунта. После затвердения раствора частицы грунта связываются в камневидный массив. Цементацию применяют для закрепления галечниковых и гравийных отложений, а также крупнозернистых и иногда среднезернистых песков.

В гидротехническом строительстве часто используют этот ме­тод для создания водонепроницаемых оснований на трещинова­тых скальных породах. Но на мелкозернистых песках и при наличии трещин менее 0,1-0,22 мм цементация не применима, так как в этом случае раствор плохо проникает в пустоты и тре­щины.

Битумизация грунта представляет собой нагнетание горя­чего битума или холодной битумной эмульсии в пустоты и тре­щины грунта через специальные инъекторы. Этот метод, так же как и цементацию, применяют только в крупнозернистых и некоторых среднезернистых песках и в трещиноватых скальных породах.  

Силикатизация основана на способности инъектированного в грунт силикатного раствора (жидкого стекла) переходить в гель, который прочно связывает грунтовые частицы в одно целое. Грунт после силикатизации становится водонепроницае­мым и непросадочным, его прочность достигает 35 кг/см2. Си­ликатизация - это наиболее дешевый способ закрепления лессовых и песчаных грунтов, в том числе и плывунов (пылеватых песков, насыщенных водой).

Стабилизацию, или«глинизацию», грунтов применяют для ликвидации просадочных свойств лессовых грунтов. Этот способ основан на заполнении пор микро- и макроструктуры грунта глинистым материалом. Для этого используют водную суспензию бентонитовой глины, которую инъектируют в грунт под давлением.

Применение карбомидной смолы для закрепления песчаных грунтов - одно из последних достижений в этой области. Сущ­ность способа заключается в связывании песков раствором карбомидной смолы с отвердителем. Инъектируют смолу с по­мощью оборудования, применяемого при силикатизации плы­вунов. Прочность при сжатии закрепленного карбамидной смо­лой грунта достигает 20 кг/см2.

Термический способ укрепления грунтов при­меняют для укрепления просадочных макропористых пород с содержанием глинистых частиц не менее 5-8%. Этот способ можно осуществлять при помощи нагнетания в грунт воздуха, нагретого до температуры 600-800°, или путём сжигания различного горючего (преимущественно солярового масла) непо­средственно в толще грунта. Второй способ более экономичен.

В результате прогрева под влиянием высоких температур в глинистых грунтах происходит ряд физических и химических необратимых процессов, что значительно повышает прочность грунта на сжатие.

Электрическое закрепление грунтов основано, на том, что при пропуске постоянного электрического тока че­рез водонасыщенный глинистый грунт возникают электроосмос (т. е. перенос воды от положительного полюса к отрицатель­ному), электролиз и вторичные химические реакции. В резуль­тате происходит обезвоживание и уплотнение грунта, а также увеличение сцепления между его частицами, уменьшение коэф­фициента фильтраций и размокаемости и т. п.

Замену грунтов применяют в том случае, когда их уп­лотнение или закрепление вызывают ряд затруднений. Слой сла­бого грунта заменяют подушками из песчано-гравелистых или песчаных грунтов. В зависимости от местных условий подушки устраивают как в котловане, так и непосредственно на поверх­ности (подсыпка).

Подсыпки с использованием рваного или булыжного камня нашли применение при устройстве оснований гидротехнических сооружений.