Методы улучшения состояния грунта для стабилизации грунта

от

Улучшение грунта и модификация грунта относятся к улучшению или модификации инженерных свойств грунта, которые выполняются на участке, где грунт в его естественном состоянии не обладает свойствами, достаточными для того, чтобы выдерживать нагрузку конструкции. Улучшение может быть достигнуто дренажом, уплотнением, предварительной загрузкой, армированием и затиркой швов электрическими, химическими или термическими методами. Среди различных процедур стабилизации грунта выбирается наиболее подходящая в зависимости от типа доступного грунта, времени, связанных с этим затрат и т.д.

Ниже приведены некоторые принятые методы улучшения состояния грунта.

Виброуплотнение

Виброуплотнение — это общепринятый метод улучшения состояния грунта для стабилизации зернистых грунтов, таких как сыпучие пески, гравий и некоторые гидравлические отсыпки. Этот метод в основном используется для смягчения сейсмических воздействий и уплотнения на месте рыхлых песков глубиной до 30 метров.Водяная струя и горизонтальная вибрация виброфлота уплотняют рыхлый грунт до более плотного состояния и значительно улучшают несущую способность обработанного грунта. Метод виброуплотнения хорошо зарекомендовал себя для использования в проектах нефтебаз, портов и морских сооружений.

Виброуплотнение значительно снижает угрозу разжижения в случае землетрясений; уплотнение песка для создания прочного слоя основания Чрезвычайно эффективно при уплотнении песка и проектах по мелиорации земель. Виброуплотнение обеспечивает быстрое уплотнение сыпучих песков на месте до глубины до 30 метров и является одним из наиболее экономичных и устойчивых доступных методов улучшения грунта, при котором не образуются загрязнения и не требуется заполняющий материал.

Вакуумное уплотнение — это мягкий метод улучшения грунта, который успешно используется инженерами-геотехниками и специалистами компаний по улучшению грунта. Для этого не обязательно требуется дополнительная заливка, а вакуумные нагрузки 80 кПа и более, как правило, могут поддерживаться столько, сколько требуется. Однако, если для достижения целевого уровня улучшения грунта необходимы нагрузки 80 кПа или более, поверх вакуумной системы может быть установлена дополнительная плата. Метод предварительной вакуумной загрузки дешевле и быстрее, чем метод дополнительной загрузки при эквивалентной загрузке в подходящих местах. Если подстилающий грунт состоит из проницаемых материалов, таких как песок или супесчаная глина, стоимость метода будет значительно увеличена из-за необходимости разделять стенки на непроницаемые слои для изоляции вакуума.

Различные системы вакуумного уплотнения разработаны для ряда применений. Основным применением метода вакуумного уплотнения является уплотнение и стабилизация мягкого глинистого грунта. Когда метод вакуумного уплотнения распространяется на другие области применения с другими условиями работы и другими обрабатываемыми материалами, для систем требуются особые характеристики и/или строительные машины специальной конструкции. Кроме того, вакуумное уплотнение, применяемое в условиях на суше и под водой, принципиально отличается по эквивалентной нагрузке, поскольку вакуум применяется на поверхности грунта или под уровнем грунтовых вод относительно друг друга.

Предварительная загрузка грунта

В зависимости от способа приложения предварительной нагрузки методы предварительной загрузки можно подразделить на предварительную загрузку с использованием насыпи, предварительную загрузку с использованием вакуумного давления и комбинированную насыпку, а также методы вакуумной предварительной загрузки. В дополнение к предварительному нагружению, PVDS также использовались для некоторых других относительно новых методов, таких как динамическое уплотнение глин. В обоих случаях основной целью использования PVDS является сокращение пути дренажа, чтобы можно было существенно сократить время, необходимое для уплотнения мягкого грунта или отвода избыточного давления поровой воды.

Согласно системе классификации грунтов, принятой TC211 (Chu et al., 2009c), улучшение грунта путем уплотнения или предварительной загрузки относится к категории ‘улучшение грунта без примесей в связных грунтах’. Эта категория дополнительно подразделяется на следующие семь подкатегорий-

  • замена/перемещение (включая снижение нагрузки с использованием легких материалов)
  • предварительная загрузка с использованием насыпи (включая использование вертикальных дренажей)
  • предварительная загрузка с использованием вакуума (включая комбинированную засыпку и вакуумирование)
  • динамическое уплотнение с улучшенным дренажем (включая использование вакуума)
  • электроосмотическое или электрокинетическое уплотнение
  • термостабилизация с использованием нагрева или замораживания
  • гидро-взрывное уплотнение.

Остекловывание почвы

Технология остекловывания грунта использует тепло для расплавления, а затем отверждения вредных химических веществ в твердую массу стеклообразного материала. Их можно применять как на месте (витрификация in-situ или ISV), так и над землей в очистных сооружениях (ex-situ).

ISV использует пространство, и между ними пропускается электрический ток, расплавляя почву между ними. ISV использует очень высокие температуры (от 1600 до 2000 ° C или пару, от 900 до 3650 ° F). Плавление начинается вблизи поверхности дна и движется вниз. Поскольку грунт плавится, электроды дополнительно погружаются в дно, что приводит к более глубокому размягчению грунта. После отключения установки незамерзший грунт охлаждается и остекловывается, что означает, что он превращается в твердый блок стеклообразного материала. Электроды становятся частью блока. Это приводит к небольшому оседанию дна снаружи помещения. Чтобы выровнять его, затонувшее пространство заполняют чистой почвой.

Остекловывание Ex-situ во многом похоже на ISV, за исключением того, что оно проводится внутри помещения. Нагревательные устройства включают плазменные горелки и электрические печи для переноса. С помощью технологии плазменных горелок отходы подаются во вращающийся очаг; с помощью силы контролируется квадратное расположение отходов и расплавленного материала в соответствии с аспектом. Во время вращения отходы перемещаются через плазму, генерируемую неподвижной горелкой. Чтобы удалить расплавленный материал из камеры, вращение земли замедляется, а также шлак поступает через нижнюю щель. Выходящие газы обычно не разрушаются в специально отведенном месте, где при высоких температурах происходит воспламенение/окисление содержимого.

Промерзание грунта

Замораживание грунта — это строительный метод, используемый в условиях, когда необходимо стабилизировать грунт, чтобы он не разрушался рядом с выемками или предотвратить вымывание загрязняющих веществ, попавших в почву.Замораживание грунта используется по меньшей мере сто лет. Замораживание грунта также используется для создания региональных барьеров для грунтовых вод вокруг добычи золота и других полезных ископаемых, нефтеносных песков или горючих сланцев. Это часто называют замораживанием грунта, промерзанием почвы или морозильной стеной. Процесс замораживания грунта включает в себя бурение и установку ряда относительно близко расположенных труб и циркуляцию охлаждающей жидкости по этим трубам. Охлажденный хладагент извлекает тепло из грунта, превращая воду в порах грунта в лед, в результате чего получается чрезвычайно прочный, непроницаемый материал. Это наиболее эффективный метод улучшения состояния грунта, используемый в подземном строительстве и горнодобывающей промышленности.

Наиболее распространенным способом замораживания грунта являются глубокие шахты. Трубы для замораживания просверливаются и устанавливаются по периметру предлагаемой шахты на требуемую глубину. Циркуляция охлаждающей жидкости запускается до образования зоны замерзания размером от 1 до десяти метров. Затем внутренняя часть шахты выкапывается и облицовывается, а система замораживания отключается. Замораживание грунта широко используется в туннельной промышленности. При прокладке туннелей используется несколько различных подходов. Наиболее распространенным является горизонтальное бурение морозильных труб по периметру туннеля, очень похожее на метод замораживания ствола.

Виброкаменные колонны

Виброкаменные колонны или опоры из заполнителя представляют собой массив колонн из щебня, устанавливаемых с помощью виброинструмента в грунт под предполагаемой конструкцией. Этот метод улучшения грунта также называется виброзамещением. Такие методы повышают несущую способность и дренаж почвы, одновременно снижая вероятность оседания и разжижения. Каменные колонны устанавливаются по всей площади, подлежащей улучшению, в виде треугольной или прямоугольной сетки.

Глубина колонны зависит от местных слоев грунта и обычно проникает в слабый грунт. Во время строительства виброинструмент, подвешенный к крану, проникает на проектную глубину за счет собственного веса и вибраций. Предварительное бурение может потребоваться в плотном грунте или может использоваться для уменьшения смещения грунта во время установки. Щебень засыпается в скважину одним из двух способов. При методе сухого забоя по трубе, присоединенной к вибратору, камень подается непосредственно к нему. При методе мокрого верха струи воды, расположенные в наконечнике вибратора, создают кольцевое пространство вокруг вибратора, через которое сверху подается камень.

Механически стабилизированный грунт (MSE)

Механически стабилизированный грунт (MSE или армированный грунт) — это грунт, созданный с искусственным армированием. Его можно использовать для создания подпорных стен, опор мостов, дамб и дамбниц.[ Хотя основные принципы MSE использовались на протяжении всей истории.

Стены из MSE стабилизируют неустойчивые склоны и удерживают грунт на крутых склонах и при нагрузках на гребень. Поверхность стен часто изготавливается из сборных, сегментных блоков, панелей или георешеток, которые могут выдерживать некоторые перепады давления. Стены заполняются гранулированным грунтом с армированием или без него, сохраняя при этом грунт обратной засыпки. В армированных стенах используются горизонтальные слои, как правило, георешетки. Укрепленная грунтовая масса вместе с облицовкой образует стену. Во многих типах MSE каждый вертикальный ряд фасции является врезным, тем самым образуя отдельные ячейки, которые можно заполнить верхним слоем почвы и засадить растительностью для создания зеленой стены. Основными преимуществами стен из MSE по сравнению с обычными железобетонными стенами являются их простота монтажа и быстрое возведение. Они не требуют опалубки или отверждения, и каждый слой является конструктивно прочным при укладке, что снижает потребность в опорах, строительных лесах или подъемных кранах. Они также не требуют дополнительных работ по облицовке.

В типичной стене MSE уплотненный гранулированный грунт укрепляется горизонтальными слоями стальных полос или геосинтетических материалов. Использование усиленных элементов значительно повышает прочность системы. Облицовочные элементы представляют собой относительно тонкие компоненты, обычно изготавливаемые из сборного железобетона, сварных панелей из проволочной сетки или торкретбетона. Их конструктивная задача — удерживать грунт между слоями арматуры. Система облицовки позволяет возводить крутую или даже вертикальную стену MSE. Грунтовый материал также укладывается без усиления между стабилизированной зоной и естественной поверхностью грунта. Эта зона известна как остаточная засыпка. Сплошная стена MSE представляет собой конструкцию, основанную на силе тяжести. Он опирается на свою массу, чтобы выдерживать приложенные силы, включая боковое давление грунта, давление воды, сейсмические нагрузки или нагрузки, связанные с деятельностью человека.

Забивание грунта гвоздями

Забивание грунтовых гвоздей — это метод стабилизации грунта, который может использоваться как на естественных, так и на вырытых склонах. Он включает в себя сверление отверстий для установки стальных стержней в поверхность откоса, которые затем затираются на месте. Сетка крепится к концам перекладин для удержания поверхности откоса в нужном положении. Они обычно используются в качестве восстановительной меры для стабилизации насыпи

При забивании грунтовых гвоздей используются стальные элементы (гвозди), устойчивые к растягиванию, для укрепления грунтов на месте и создания гравитационной подпорной стенки для постоянной или временной поддержки земляных работ.Стенки из грунтовых гвоздей обычно строятся сверху вниз. Обычно выемка грунта производится в несколько этапов глубиной от трех до шести футов. После каждого этапа выемки в открытой поверхности на глубине от трех до шести футов сверлятся почти горизонтальные отверстия. В отверстия вставляются стальные стержни, устойчивые к растягиванию, и заливаются раствором. На открытой поверхности устанавливается дренажная система с последующим нанесением армированной торкретбетонной облицовки стен. Также можно использовать сборные торцевые панели. Затем несущие пластины крепятся к головкам грунтовых гвоздей. Этот процесс установки повторяется до тех пор, пока не будет достигнута проектная глубина стенки. Готовые грунтовые гвозди затем создают зону укрепленного грунта.

Микропилы

Микропилы — это высокопроизводительные элементы глубокого заложения с большой производительностью, обычно диаметром от 5 до 12 дюймов, которые могут простираться на глубину до 200 футов и выдерживать рабочую нагрузку свыше 200 тонн. Микропилы состоят из высокопрочного стального корпуса, арматуры и цементного раствора.

Микропайлы представляют собой фрикционные сваи малого диаметра, пробуренные и заделанные цементным раствором. Каждая свая включает стальные элементы, которые крепятся к несущему грунту или породе — обычно с помощью цементного раствора. Во время монтажного бурения регистрируется несущий слой, чтобы убедиться в достаточной несущей способности. Микропилы не зависят от несущей способности торца, поэтому нет необходимости определять прочность породы за пределами глубины скрепления. Они могут быть быстро установлены практически на любом типе грунта с помощью высокоадаптируемого мобильного бурового оборудования.Микропилы можно использовать в различных проектах по созданию фундаментов. Они особенно полезны, когда проекты осуществляются в районах с ограниченным доступом или слабым грунтом. Они стали предпочтительным методом глубокой стабилизации фундамента благодаря своей надежности, универсальности и эффективности.

Затирка швов

Затирка швов — довольно хорошо известная техника в области гражданского строительства, особенно при проектировании фундаментов. Затирка швов эффективна как при нанесении песка, так и при нанесении ила. Затирки представляют собой жидкие суспензии или растворы, которые вводятся в грунтовую массу для улучшения ее свойств. Такие жидкости могут проникать в пустое пространство почвы и связывать частицы почвы вместе. Основной целью тампонажных работ является заполнение пустот в материале пласта путем замены существующих текучих сред раствором и, таким образом, улучшения инженерных свойств среды, особенно снижения проницаемости. Выбор подходящих материалов для затирки швов зависит от типа гранулированной среды и цели затирки швов. Цемент, бентонит, глина и известь являются тампонажными материалами, обычно используемыми для затирки гранулированной среды. В настоящей работе в качестве затирочной среды использовался песок, а в качестве затирочных материалов — цемент.

Затирка эффективна как при нанесении песка, так и ила. Затирки представляют собой жидкие суспензии или растворы, которые вводятся в грунтовую массу для улучшения ее свойств. Такие жидкости могут проникать в пустое пространство почвы и связывать частицы почвы вместе. Основной целью тампонажных работ является заполнение пустот в материале пласта путем замены существующих жидкостей раствором и, таким образом, улучшения инженерных свойств среды, особенно снижения проницаемости.

Заключение

Это различные методы, доступные для методов улучшения грунта, которые будут использоваться для повышения несущей способности, повышения прочности на сдвиг и уменьшения оседания насыщенной средней глины, такие как замена грунта, предварительная загрузка вертикальными дренажами, каменными колоннами, стабилизация добавками и термическими способами.