Подготовительные и восстановительные процессы при строительстве зданий и сооружений

1. Основные виды земляных сооружений, технологические свойства грунтов

При строительстве зданий и сооружений, планировке и благоустройстве территорий выполняются работы по переработке грунта. Переработка грунта включает следующие основные технологические процессы – его разработку, перемещение, укладку и уплотнение.

Согласно принятой терминологии земляные работы – это комплекс основных технологических процессов по переработке грунта, а так же предшествующие или сопутствующие им подготовительные и вспомогательные процессы.

В промышленном и гражданском строительстве основной объем земляных работ выполняют при устройстве траншей и котлованов, при возведении земляного полотна дорог, а также планировке площадок. Все эти земляные сооружения создаются путем образования выемок в грунте или возведения из него насыпей.

Выемки и насыпи могут быть временными и постоянными. Отдельные выемки называют котлованами, если соотношение их длины к ширине не более 10 : 1, и траншеями, если их ширина не превышает трех метров, а длина значительно превышает их ширину.

В строительном производстве грунтами называют породы, залегающие в верхних слоях земной коры. Свойства грунта и его физико-механические характеристики влияют на трудоемкость возведения земляных сооружений и стоимость выполнения работ. При выборе наиболее эффективного способа производства земляных работ необходимо учитывать следующие основные характеристики грунтов: плотность, влажность, сцепление, разрыхляемость и угол естественного откоса.

Плотностью называется масса 1 м³ грунта в естественном состоянии (в плотном теле). Плотность песчаных и глинистых грунтов – 1,6–2,1 т/м³, а скальных неразрыхленных грунтов – до 3,3 т/м³.

Влажность характеризуется степенью насыщения грунта водой, т. е. отношением массы воды в грунте к массе твердых частиц грунта и выражается в процентах. При влажности более 30 % грунты считаются мокрыми, а при влажности до 5 % — сухими.

Сцепление определяется начальным сопротивлением грунта сдвигу. Так, сцепление для песчаных грунтов равно 3–50 кПа, для глинистых – 5–200 кПа.

От плотности и сцепления между частицами грунта в основном зависит производительность землеройных машин. Классификация грунтов по трудности их разработки в зависимости от конструктивных особенностей используемых землеройных машин и свойств грунта приводятся в ЕНиР (Сб. 2, вып. 1, глава I, техническая часть, табл. 1 и 2). Так, для одноковшовых экскаваторов грунты подразделяются на шесть групп, для многоковшовых экскаваторов и скреперов – на две; для бульдозеров – на четыре; для грейдеров – на три группы. При разработке грунтов вручную их делят на семь групп.

Грунт, находящийся в естественном состоянии, в процессе его разработки разрыхляется. При этом объем грунта увеличивается, а плотность уменьшается. Это явление называется первоначальным разрыхлением грунта и характеризуется коэффициентом разрыхления k_р. Этот коэффициент представляет собой отношение объема разрыхленного грунта к объему грунта в естественном состоянии (для песчаных грунтов k_р = 1,08…1,17, суглинистых k_р = 1,14…1,28 и глинистых грунтов k_р = 1,24…1,3).

Уложенный в насыпь разрыхленный грунт под влиянием массы вышележащих слоев грунта или механического уплотнения, движения транспорта, смачивания атмосферными осадками и т. д. уплотняется. Однако грунт не занимает того объема, который он занимал до разработки, сохраняя остаточное разрыхление, показателем которого является коэффициент остаточного разрыхления грунта k_о.р, значение которого для песчаных грунтов находится в пределах 1,01–1,025, суглинистых — 1,015–1,05 и глинистых — 1,04–1,09.

Для обеспечения устойчивости земляных сооружений (насыпей, выемок) их возводят с откосами, крутизна которых характеризуется отношением высоты к заложению:

h / a = 1 / m,

где m – коэффициент откоса (рис. 1, а и д).

Крутизна откоса зависит от угла естественного откоса, при котором грунт находится в состоянии предельного равновесия. На угол естественного откоса влияют угол внутреннего трения, сцепления и давление вышележащих слоев грунта.

Рис. 1. Виды земляных сооружений: а — открытый котлован; б — земляное полотно дороги

При отсутствии сцепления предельный угол естественного откоса равен углу внутреннего трения. В грунтах, имеющих сцепление, угол естественного откоса изменяется от максимальной величины в верхней части выемки или насыпи до минимальной – в нижней, приближаясь к углу внутреннего трения. В связи с этим рекомендуется откосы высоких насыпей и глубоких выемок устраивать с переменной крутизной, с более пологим очертанием внизу.

Значения наибольшей крутизны откосов временных выемок, устраиваемых без креплений в нескальных грунтах выше уровня подземных вод, приведены в табл. 5.1 ТКП 45-1.03-44–2006.

2. Подготовка строительной площадки к производству работ. Разбивка сооружений

Земляные работы, являются сложным технологическим процессом, включающим: подготовительные работы и непосредственно сам процесс переработки грунта — устройство котлована (траншеи). Согласно действующим нормативным документам [12] до начала работ по устройству котлована должны быть выполнены следующие подготовительные работы:

• расчистка территории;
• срезка плодородного слоя грунта;
• планировка территории и устройства для отвода поверхностных и подземных вод;
• разбивка котлована;
• ограждение котлована;
• устройство временных подъездных путей к котловану.

Расчистка территории и срезка плодородного слоя грунта. До начала строительства зданий и сооружений выполняются следующие подготовительные работы: вырубка (пересадка) зеленых насаждений, перенос подземных коммуникаций и воздушных линий электроснабжения и связи, снос (демонтаж) зданий и сооружений.

При расчистке территории мелкие деревья и кустарники срезают кусторезами. Они представляют собой навесное оборудование на гусеничные тракторы тягового класса 10 и имеют гидравлическое управление. Основным рабочим органом кустореза служит клинообразный отвал со сменными гладкими или пилообразными ножами в нижней части. Впереди отвала установлен носовой лист для раскалывания пней и раздвигания сваленных деревьев. Для периодической заточки ножей отвала используют переносную шлифовальную головку с приводом от трансмиссии трактора через гибкий длинный вал.

Для удаления деревьев со стволами диаметром более 20 см применяют цепные или дисковые пилы, а также древовалы. Дисковые пилы монтируются на гусеничные экскаваторы или тракторы.

Валка деревьев с корнями более целесообразна в теплое время года. Очень толстые деревья валят при помощи трелевочной лебедки, установленной на заякоренном тракторе, и полиспаста.

Для извлечения (корчевания) из грунта камней массой до 3 т, пней диаметром до 0,45 м, корневых систем, сплошной корчевки кустарника и мелколесья, транспортирования на близкое расстояние толканием пней, камней, кустарника и поваленных деревьев, а также погрузки камней и крупных пней в транспортные средства применяют корчеватели-собиратели. Процесс корчевания крупных камней, пней и корней деревьев производится путем заглубления под них зубьев корчевателя и одновременным поступательным движением машины вперед.

Деревья и кустарники, подлежащие пересадке, выкапывают, как правило, вручную, чтобы не повредить корневую систему и на автотранспорте перевозят на новое место посадки.

Строения, подлежащие сносу, в зависимости от технического состояния несущих конструктивных элементов разбирают одним из двух способом: поэлементным демонтажем или методом разрушения. Работы по сносу строений должны выполняться в полном соответствии с разработанным ППР.

По завершении работ по расчистке территории строительной площадки приступают к срезке плодородного слоя грунта. Плодородный слой грунта должен быть снят в размерах (толщина слоя и границы участка), установленных проектной документацией организации строительства и перемещен в отвалы для последующего использования его при выполнении работ по благоустройству (озеленению) прилегающей территории застройки. Снятие и укладку слоя плодородного грунта при озеленении территории следует выполнять, когда грунт находится в не мерзлом состоянии. Плодородный слой почвы, срезают и перемещают в специально выделенные места бульдозером. Хранение плодородного грунта должно осуществляться в соответствии с действующими стандартами.

Способы хранения грунта и защиты буртов от эрозии, подтопления, загрязнения должны быть разработаны в ПОС.

До начала производства работ строительная площадка должна быть ограждена либо обозначена соответствующими предупредительными и запрещающими знаками и надписями.

Разбивка земляных сооружений. Разбивка котлованов под фундаменты зданий и сооружений состоит в установлении и закреплении их положения на местности.

Перенос и закрепление на местности основных осей строящихся объектов выполняется на основе созданной заказчиком геодезической разбивочной основы. Заказчик должен не менее чем за 10 дней до начала работ нулевого цикла передать подрядчику техническую

документацию на геодезическую разбивочную основу и на закрепленные на строительной площадке пункты и знаки этой основы, в том числе пункты строительной сетки, красные линии; оси, определяющие положение и габарит зданий и сооружений в плане, закрепленные минимум двумя створными знаками у каждого отдельно размещаемого здания или сооружения.

При переносе и закреплении на местности основных осей строящихся объектов применяют метод прямоугольных координат (при наличии в качестве плановой разбивочной основы строительной сетки) или в качестве плановой разбивочной основы используют «красную линию».

Разбивку котлованов начинают с выноса и закрепления на местности главных осей здания. Размеры котлована в плане должны назначаться по проектным габаритам фундамента с учетом конструкции его (котлована) ограждения и крепления стенок, конструкции опалубки фундамента, способов водоотлива и сооружения фундамента, а также угла естественного откоса грунта. Размеры котлована поверху и понизу, а также другие характерные его точки обозначают хорошо видимыми колышками или вешками.

Закрепление на местности всех осей здания, под которые запроектированы фундаменты, осуществляется с использованием обноски.

Обноска, как правило, выполняется из стоек (металлических или деревянных), закрепленных в грунте на отметке ниже уровня его промерзания. К стойкам, на отметке 1,2 метра от планировочной отметки земли, крепится доска толщиной не менее 40 мм. Верхняя грань доски должна быть ровно острогана. В процессе выполнения геодезических работ по разбивке котлована, на доску фломастером наносят риску, которая фиксирует расположение оси здания, а также записывают номер оси. В дальнейшем, для переноса осей здания в котлован, все оси на доске обноски закрепляют с помощью самореза, который крепится в верхнюю грань доски в створе с нанесенной разбивочной риской.

Обноска устанавливается на расстоянии 2–3 м от бровки котлована (рис. 2).

В процессе строительства необходимо следить за сохранностью и устойчивостью знаков геодезической разбивочной основы, что осуществляет строительная организация.

Рис. 2. Разбивка и привязка здания: а – закрепление на местности осей здания; б – схема обноски; 1 – стойка; 2 – доска; 3 – шуруп (саморез)

3. Водоотвод, водоотлив и водопонижение при производстве земляных работ

Отвод поверхностных и грунтовых вод. Для сохранения природной структуры и свойств грунтов в основании (под подошвой фундамента) необходимо защитить котлован от поверхностных и грунтовых вод.

Работы по отводу поверхностных и грунтовых вод выполняются после выноса и закрепления на местности основных осей строящегося объекта.

Поверхностные воды образуются из атмосферных осадков (ливневые и талые воды). Различают поверхностные воды «чужие», поступающие с повышенных соседних участков, и «свои», образующиеся непосредственно на строительной площадке.

Территорию площадки защищают от поступления «чужих» поверхностных вод, устраивая нагорные канавы, обвалование вдоль границ строительной площадки в повышенной ее части либо водоотводных канав (рис. 3). Для предотвращения быстрого заиливания продольный уклон водоотводных канав должен быть не менее 0,003.

Рис. 3. Защита котлована от поступления атмосферных вод: 1 – бассейн стока воды; 2 – водоотводящая канава; 3 – котлован возводимого здания

«Свои» поверхностные воды отводят приданием соответствующего уклона при вертикальной планировке площадки и устройством сети открытого или закрытого водостока.

В случаях высокого уровня грунтовых вод строительную площадку осушают с помощью открытого или закрытого дренажа. Открытый дренаж устраивают обычно в виде канав глубиной до 1,5 м с пологими откосами и необходимыми для стока воды продольными уклонами. Отрывают такие канавы механизированным способом с помощью тракторов с навесным оборудованием (ковш емкостью 0,15 м³).

Закрытый дренаж выполняется в виде траншеи с уклонами не менее 0,005 в сторону сброса воды. Отвод вод осуществляется по керамическим перфорированным в боковых поверхностях трубам, которые укладываются на дно траншеи ниже уровня промерзания грунта (рис. 4).

Рис. 4. Схема закрытого дренажа для осушения территории (размеры в м): 1 – местный грунт; 2 – мелкозернистый песок; 3 – крупнозернистый песок; 4 – гравий; 5 – труба из пористого материала или перфорированная; 6 – уплотнительный слой

Водоотлив и понижение уровня грунтовых вод. При устройстве выемок, расположенных ниже уровня грунтовых вод, для предотвращения их попадания в котлованы и траншеи на период выполнения в них строительных работ рекомендуется применять следующие способы: открытый водоотлив и водопонижение.

Открытый водоотлив эффективен при небольшом притоке грунтовых вод в выемки (котлованы и траншеи). Суть способа состоит в том, что откачка грунтовых вод осуществляется непосредственно из котлованов или траншей.

При открытом водоотливе грунтовая вода, просачиваясь через откосы и дно котлована, поступает в водосборные канавы и по ним в приямки (зумпфы), откуда ее откачивают насосами (рис. 5). Для предотвращения разрушения грунта откосов фильтрующей в выемку грунтовой водой, их укрепляют дренажным пригрузом – щебнем или гравием, втрамбованным в грунт. Водосборные канавы устраивают шириной по дну 0,3–0,6 и глубиной 1–2 м с уклоном 0,01–0,02 в сторону приямков.

Стенки зумпфов в устойчивых грунтах крепят деревянным срубом из бревен (без дна), а в оплывающих – шпунтовой стенкой.

Рис. 5. Открытый водоотлив из котлована: 1 – дренажная канава; 2 – зумпф (водосборный приямок); 3 – пониженный уровень грунтовых вод; 4 – дренажный пригруз; 5 – насос

Открытый водоотлив является технологически простым способом предотвращения попадания грунтовых вод в выемки на период выполнения в них строительных работ. Однако, грунтовые воды, фильтрующие через дно выемок, разжижают грунт и выносят из него на поверхность мелкие частицы. Явление такого вымывания и выноса мелких частиц называют суффозией грунта. В результате суффозии несущая способность грунта в основаниях может снизиться. Поэтому, как правило, при возведении зданий и сооружений применяют грунтовый водоотлив (водопонижение), исключающий просачивание воды через дно котлованов и траншей.

Грунтовый водоотлив обеспечивает снижение УГВ ниже дна будущей выемки. Достигается это непрерывной откачкой грунтовых вод водопонизительными установками, расположенными вокруг котлована или вдоль траншеи.

Для искусственного понижения уровня грунтовых вод разработан ряд эффективных способов, основными из которых являются иглофильтровый, вакуумный и электроосмотический (рис. 5).

Иглофильтровый способ искусственного понижения грунтовых вод эффективен в песчаных и супесчаных водонасыщенных грунтах. Иглофильтровые установки откачивают воду из вертикальных скважин, которые устраиваются по контуру осушаемой выемки и располагаются на расстоянии до 1,5–2 м. Глубина погружения иглофильтров должна быть ниже проектной отметки дна выемки на 1–2 м. Одним из основных средств водопонижения на глубину до 4–5 м являются вакуумные легкие иглофильтровые установки (ЛИУ). Водопонижение на большую глубину обеспечивается многоярусным расположением установок ЛИУ или установками с эжекторными иглофильтрами.

Иглофильтровый способ искусственного понижения грунтовых вод реализуется с использованием иглофильтровых установок, состоящих из стальных труб с фильтрующим звеном в нижней части, водосборного коллектора и самовсасывающего вихревого насоса с электродвигателем.

Фильтрующее звено состоит из наружной перфорированной и внутренней глухой труб. Внутри наконечника наружной трубы установлен шаровой клапан, плотно прилегающий в торце внутренней трубы за счет вакуума, создаваемого насосом при отсасывании воды из иглофильтра. Иглофильтры погружают в грунт гидравлическим способом (подмывом) или в предварительно пробуренные скважины.

В первом случае клапан открывается под напором воды, подаваемой в фильтровое звено от насоса, и погружение иглофильтра происходит под собственной тяжестью при интенсивном размыве грунта впереди фильтрового звена. Размытый грунт поднимается по затрубному пространству на поверхность. Величина необходимого заглубления иглофильтра в грунт в зависимости от требуемого понижения уровня грунтовых вод обеспечивается применением надфильтровых труб длиной 3; 4 и 5 м. Общая длина иглофильтра достигает 8,5 м.

Наибольшее понижение уровня грунтовых вод, достигаемое в средних условиях одним ярусом иглофильтров, составляет около 5 м. При большей глубине понижения применяют двухъярусные установки.

Явление электроосмоса используют для расширения области применения иглофильтровых установок в грунтах с коэффициентом фильтрации менее 0,05 м/сут. В этом случае наряду с иглофильтрами в грунт на расстоянии 0,5–1 м от иглофильтров в сторону котлована погружают стальные трубы или стержни (рис. 6). Иглофильтры подключают к отрицательному (катод), а трубы или стержни – к положительному полюсу источника постоянного тока (анод).

Рис. 6. Схемы иглофильтровых установок: а – с вакуумным; б – электроосмотическим водопонижением; 1 – фильтровое звено; 2 – депрессионная кривая после понижения иглофильтром; 3 – центробежный насос; 4 – вакуум-насос; 5 – стальная труба (анод); 6 – иглофильтр (катод); 7 – депрессионная кривая после электроосушения

Электроды размещают друг относительно друга в шахматном порядке. Шаг, или расстояние анодов и катодов в своем ряду одинаковы – около 0,75–1,5 м. Аноды и катоды погружают на одну и ту же

глубину. В качестве источника электропитания применяют сварочные агрегаты или передвижные преобразователи. Мощность генератора постоянного тока определяют исходя из того, что на 1 м² площади электроосмотической завесы необходима сила тока 0,5–1 А, напряжение 30–60 В. Под действием электрического тока вода, содержащаяся в порах грунта, освобождается и перемещается в сторону иглофильтров. За счет движения этой воды коэффициент фильтрации грунта увеличивается в 5–25 раз.

Вакуумный способ водопонижения реализуют применением вакуумных водопонизительных установок. Эти установки используют для понижения уровня грунтовых вод в мелкозернистых грунтах (мелкозернистые и пылеватые пески, супеси, илистые и лессовые грунты с коэффициентом фильтрации 0,02–1 м/сут), в которых применять легкие иглофильтровые установки нецелесообразно. При работе вакуумных водопонизительных установок вакуум возникает в зоне эжекторного иглофильтра (рис. 6).

Фильтровое звено эжекторного иглофильтра устроено по принципу легкого иглофильтра, а надфильтровое звено состоит из наружной и внутренней груб с эжекторной насадкой. Рабочую воду под давлением 750–800 кПа подают в кольцевое пространство между внутренней и наружной трубами, и через эжекторную насадку она устремляется вверх по внутренней трубе. В результате резкого изменения скорости движения рабочей воды в насадке создастся разрежение и тем самым обеспечивается подсос грунтовой воды. Грунтовая вода смешивается с рабочей и направляется в циркуляционный бак. Из циркуляционного бака избыток воды (за счет поступления грунтовой) откачивается низконапорным насосом или сливается самотеком.

4. Искусственное закрепление грунтов. Временное крепление стенок выемок

Способы закрепления грунтов основания. Для повышения прочности оснований, снижения их деформативности или придания им водонепроницаемости применяют различные способы искусственного закрепления грунтов.

В зависимости от технологии закрепления и процессов, происходящих в основании, способы закрепления можно разделить на три основные группы: физико-химические, химические и термические.

Физико-химические способы.

Цементация грунта заключается в том, что частицы грунта скрепляются цементным раствором, который нагнетается через инъектор или скважину в поры грунта. Таким образом, пористый грунт может быть превращен в сплошной монолит или отдельные столбы из цементированных грунтов. Цементацию применяют для закрепления трещиноватых скальных пород, гравелистых и песчаных грунтов с коэффициентом фильтрации 50–200 м/сут.

Для нагнетания в грунт используют цементные растворы. При наличии крупных пустот применяют цементно-песчаные растворы. Состав цементных растворов принимают в зависимости от удельного водопоглощения грунта.

Замораживание грунтов применяют в сильно водонасыщенных грунтах (плывунах) при разработке глубоких выемок. Для этого по периметру котлована погружают замораживающие колонки из труб, соединенных между собой трубопроводом, по которому нагнетают специальную жидкость — рассол (растворы солей с низкой температурой замерзания), охлажденный холодильной установкой до –20…–25 °С (рис. 7). Рассол в холодильной установке охлаждают так называемыми хладоагентами — аммиак, реже — углекислота (диоксид углерода).

Охлаждающие иглы состоят из наружных труб, закрытых и заостренных снизу, и внутренних, вставленных в них коаксиально и открытых снизу. Рассол поступает во внутреннюю трубу, а в нижней части колонки переходит в наружную трубу, по которой поднимается вверх, после чего направляется к следующей колонке. Окружающий грунт замерзает концентрическими цилиндрами с постепенно увеличивающимися диаметрами, Эти цилиндры смерзаются в сплошную стенку мерзлого грунта, которая выполняет функцию конструкции ограждения временной выемки. Расстояние между колонками зависит от гидрогеологических и температурных условий производства работ, глубины выемки и назначается в среднем от 1,5 до 3 м.

Эффективным способом укрепления основания являются растворы на основе расширяющегося цемента. В грунте бурят скважины диаметром 10 см. Скважины размещают друг от друга на 3–4 диаметра сваи и заполняют раствором состава: 50 % цемента, 25 % песка и 25 % негашеной извести.

Рис. 7. Схема искусственного замораживания грунтов (размеры в м): 1 – охлаждающая колонка; 2 – замораживающая труба; 3 – питающая труба; 4 – патрубок для подсоединения к холодильной установке; 5 – замороженный грунт; 6 – талый грунт

Для глубинного уплотнения водонасыщенных грунтов эффективно применять известковые сваи. Особенность известковых свай заключается в трехкратном увеличении объема извести при ее гашении в скважине. Развивающееся при этом давление уплотняет стенки скважин.

Наиболее распространенными способами химического закрепления основания являются силикатизация, элетросиликатизация, газовая силикатизация, смолизация.

Силикатизация является одним из наиболее эффективных способов химического закрепления грунтов. Она позволяет в короткие сроки, надежно и с меньшими трудовыми затратами приостановить развитие недопустимых осадок основания. Основным материалом для силикатизации является жидкое стекло.

В зависимости от физико-механического состояния грунтов применяется одно- и двухрастворная силикатизация грунтов.

Двухрастворная силикатизация грунтов заключается в последовательном нагнетании в грунт сначала водного раствора силиката натрия Na₂SiO₃, а затем хлористого кальция СаСl₂. Растворы вступают в реакцию и образуют гель кремниевой кислоты, который обволакивает зерна грунта и, твердея, связывает их в монолит. Этот способ применяют в достаточно хорошо дренирующих грунтах (коэффициент фильтрации > 2 м/сут). При этом прочность грунта достигает 1,5–3 МПа.

Однораcтворная силикатизация грунтов (смесь силиката натрия и отвердителя) применяют для слабодренирующих грунтов с коэффициентом фильтрации менее 0,3 м/сут. Прочность закрепленного грунта составляет 0,3–0,6 МПа.

Растворы при химическом закреплении основания нагнетают в грунт через стальные перфорированные в рабочей части трубы — инъекторы (рис. 8).

Электросиликатизация грунтов основана на введении в грунт под давлением раствора жидкого стекла с одновременным воздействием электрического тока. Электросиликатизация предназначена для закрепления переувлажненных мелкозернистых песков и супесей с коэффициентом фильтрации 0,005–0,2 м/сут. Она основана на сочетании двух методов воздействия на грунт — силикатизации и электрической обработки. Для электросиликатизации грунтовбви грунт забивают электроды-инъекторы. Крайние инъекторы являются катодами, центральный инъектор — нейтральный, остальные два служат анодами. Раствор нагнетается во все инъекторы, кроме крайних, что увеличивает нагнетание раствора в грунт в 4–25 раз. При этом прочность грунта возрастает до 0,5–1,5 МПа. Электросиликатизацию рекомендуется применять для закрепления слабых грунтов.

Газовая силикатизация основана на применении в качестве отвердителя силиката натрия углекислого газа. Существует два варианта этого способа — без предварительного и с предварительной обработкой песчаного грунта углекислым газом. По первому варианту закрепление грунтов ведется по схеме:

грунт + раствор силиката натрия + С0₂;

по второму:

СО₂ + грунт + раствор силиката натрия + СО₂.

Последний вариант является более эффективным, так как дает довольно высокую прочность (до 2 МПа) и в 150–500 раз снижает водопроницаемость грунта.

Газовая силикатизация позволяет закреплять песчаные грунты с различной степенью влажности, имеющих коэффициент фильтрации 0,1–0,2 м/сут, а также лёссовые грунты. Газовая силикатизация выполняется по следующей технологии. Вначале через погруженные в грунт инъекторы или специально оборудованные скважины подается раствор силиката натрия. Затем туда же нагнетается под небольшим давлением (0,05–0,2 МПа) углекислый газ в количестве 2–3 кг/м³. С помощью углекислого газа осуществляется перемещение неотвержденной части силикатного раствора в незакрепленный грунт, что позволяет при обычных расходах силикатного раствора увеличить объем закрепленного грунта почти в 2 раза.

Рис. 8. Схема установки для химического закрепления грунтов: а – установка; б – инъектор; 1 – распределительный напорный коллектор; 2 – насос; 3 – емкость для раствора; 4 – инъектор; 5 – массив закрепленного грунта; 6 – слабый грунт; 7 – прочный подстилающий грунт; 8 – наголовник; 9 – глухие звенья; 10 – перфорированное звено (с отверстиями диаметром 1…3 мм; 11 – наконечник

Термическое закрепление применяют для лёссовых грунтов. Оно реализуется в результате обжига раскаленными газами, нагнетаемыми через скважину в поры грунта. Газы образуются при сжигании жидкого или газообразного топлива, подаваемого в толщу грунта вместе с воздухом через жаропрочные трубы в заранее пробуренную скважину.

Электрическим способом закрепляют влажные глинистые грунты. Заключается он в использовании эффекта электроосмоса, для чего через грунт пропускают постоянный электрический ток с напряженностью поля 0,5–1 В/см и плотностью 1–5 А/м. При этом глина осушается, сильно уплотняется и теряет способность к пучению.

Электрохимический способ отличается от предыдущего тем, что одновременно с электрическим током в грунт вводят через трубу, являющуюся катодом и служащую инъектором, растворы химических добавок, увеличивающие проводимости тока (силикат натрия, хлористый кальций, хлористое железо и др.). Благодаря этому интенсивность процесса закрепления грунта возрастает.

При разработке выемок в водонасыщенных грунтах или в стесненных условиях, когда при этом невозможно обеспечить требуемое заложение откосов, вертикальные стенки закрепляют специальными временными креплениями. Временная крепь может быть выполнена в виде деревянного или металлического шпунта, деревянных щитов с опорными стойками, щитов с распорными рамками и других конструкций.

Временное крепление стенок выемок. При разработке выемок в стесненных условиях, вертикальные стенки закрепляют специальными временными креплениями. Временная крепь выполняется в виде шпунта, деревянных щитов, закрепленных на опорные стойки и других конструктивных решений.

Шпунтовое крепление представляет собой сплошное ограждение из стальных или деревянных элементов, жестко защемленных грунтом. Наибольшее распространение получили стальные шпунты. За счет того, что с одной стороны поперечного сечения шпунт имеет паз, с другой — гребень, при забивке его гребень одной шпунтины заходит в паз другой, и в грунте создается сплошная без зазоров стена, предохраняющая откосы глубоких котлованов от обрушения. Погружение стального шпунта в грунт выполняют вибропогружателями ВПП-2М и В-401. После завершения работ по устройству подземной части металлический шпунт извлекают для последующего использования.

Крепление консольного типа состоит из стоек, нижняя часть которых закреплена в грунте ниже дна выемки. Они служат опорами ограждения, выполненного, как правило, из деревянных щитов, непосредственно воспринимающих давление грунта. Крепление консольного типа целесообразно при глубине выемки до 5 м.

Крепление распорного (горизонтально-рамного) типа — наиболее простое в исполнении, его применяют при устройстве траншей глубиной до 4 м в сухих или маловлажных грунтах. Крепление состоит из стоек, горизонтальных досок или дощатых (сплошных и несплошных) щитов и распорок, прижимающих доски или щиты к стенкам траншеи.

Наиболее эффективны инвентарные распорные рамы из трубчатых стоек и распорок ввиду их малой массы, легкого монтажа и демонтажа (рис. 9, е). Металлические трубчатые стойки по высоте имеют отверстия для крепления распорок. Распорка телескопического типа состоит из наружной и внутренней труб, поворотной муфты и опорных частей. В зависимости от ширины траншеи расстояние между стойками устанавливают путем выдвижения внутренней трубы из наружной и фиксируют болтом, вставляемым в отверстия труб. Полное прижатие щитов к стенкам выемки осуществляют поворотом муфты с винтовой нарезкой.

При отрывке широких котлованов может применяться подкосное крепление вертикальных стенок. Оно состоит из щитов или досок, прижатых к грунту стойками, раскрепленными подкосами и упорами. Подобное крепление используют ограниченно, так как подкосы и упоры, расположенные в котловане, усложняют производство работ.

В условиях реконструкции предприятий при устройстве крепления стенок небольших выемок, рекомендуется применять метод торкретирования с помощью цемент-пушки или бетон-шприц машины. Нанесение цементной (бетонной) смеси на стенки выемки производится под высоким давлением. В результате чего частицы смеси первого слоя проникают в грунт и «связывают» его отдельные частицы. При нанесении последующих слоев смеси, на не успевшую еще затвердеть цементную (бетонную) смесь, образуется водонепроницаемый слой на стенках выемки.

Метод торкретирования не рекомендуется применять в песчаных грунтах и при сильном притоке грунтовых вод.

Рис. 9. Схемы временного крепления вертикальных стенок выемок (размеры в м): а – шпунтовое ограждение; б – консольное; в – консольно-распорное; г – распорное (горизонтально-рамное); д – подкосное; е – инвентарная трубчатая распорная рама; 1 – анкерная свая; 2 – оттяжка; 3 – маячная свая (опорная стойка); 4 –направляющая; 5 – шпунтовое ограждение; 6 – щиты (доски); 7 – стойка распорной рамы; 8 – распорка; 9 – наружная труба; 10 – внутренняя труба; 11 – поворотная муфта; 12 – опорная часть