РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО УСТРОЙСТВУ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ В ЛЕССОВЫХ ГРУНТАХ С ПРИМЕНЕНИЕМ АММИАЧНЫХ КОМПОЗИЦИЙ И БАРЬЕРНОГО ЗАКРЕПЛЕНИЯ

Настоящие Рекомендации разработаны впервые, что вызвано возросшим объемом промышленного и гражданского строительства в районах с широким распространением лессовых грунтов. Рекомендации содержат сведения, касающиеся проектирования, специальных лабораторных и полевых испытаний грунтов, производства и контроля качества работ, материалов и оборудования, а также правил по технике безопасности.

Применение в фундаментостроении разработанной технологии позволит упростить и снизить стоимость устройства оснований из этих грунтов.

Рекомендации разработаны кандидатами техн. наук: В.В.Семкиным (ВНИИ оснований и подземных сооружений им. Н.М.Герсеванова Госстроя СССР), В.А.Губкиным (Харьковский институт механизации сельского хозяйства Агропрома СССР), инж. С.Е.Бараносом (ВНИИОСП) при участии д-ра техн. наук В.Е.Соколовича (ВНИИОСП), инженеров Н.И.Фурсы (трест Кавминстрой Минюгстроя СССР), М.М.Чаюна и В.В.Горкуна (трест Одесгражданстрой Минстроя УССР), Н.Д.Окишева (ВСНО Гидроспецстроя Минэнерго СССР), Г.Г.Селиванова (Всесоюзное объединение Главташкентстрой Минстроя УзССР) и Л.Ф.Раковой (ВНИИОСП). Общее руководство работой осуществлялось канд. техн. наук В.В.Семкиным.

Рекомендации разработаны на основе отечественного и зарубежного опыта применения прогрессивных технологий, а также результатов выполненных за последнее время научно-исследовательских работ в области закрепления грунтов.

Рекомендации одобрены секцией "Специальные работы" НТС ВНИИОСП и рекомендованы к изданию.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие Рекомендации распространяются на проектирование и производство работ по устройству оснований и фундаментов в лессовых грунтах с применением аммиачных композиций и барьерного закрепления и разработаны в развитие глав СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений и СНиП 3.02.01-87. Земляные сооружения. Основания и фундаменты.

1.2. Устройство лессовых оснований и фундаментов с применением аммиачных композиций и барьерного закрепления является разновидностями химического закрепления грунтов, основу которых составляют химические и физико-химические процессы, возникающие в грунтах в результате введения в них химических реагентов и их взаимодействия с компонентами грунта.

1.3. Применение в фундаментостроении способов устройства оснований и фундаментов в лессовых грунтах с применением аммиачных композиций и барьерного закрепления позволяет в ряде случаев заменить другие способы закрепления грунтов и усиления оснований и значительно снизить стоимость устройства оснований.

1.4. Разработанную технологию следует рассматривать как способы постоянного закрепления грунтов как в предпостроечный период, так и во время эксплуатации.

1.5. При глубинном закреплении не нарушается естественное сложение грунтов. Химическое закрепление характеризуется простотой производства работ, портативностью, мобильностью применяемого оборудования, короткими сроками выполнения работ, возможностью закрепления грунта в любой точке по глубине и в плане без проведения каких-либо специальных работ, возможностью проведения работ без прекращения эксплуатации здания или сооружения, устройством закрепленных элементов задаваемой прочности в плане и по глубине и любой конфигурации, не зависит от погодных условий.

1.6. Целесообразность применения аммиачных композиций и барьерного закрепления должна определяться конкретными условиями строительной площадки на основе результатов технико-экономического сравнения вариантов проектных решений с учетом конструктивных особенностей и назначения возводимых или существующих зданий и сооружений, условий их эксплуатации, расположения коммуникаций, при этом должны учитываться требования индустриализации производства работ и опыт местного строительства.

1.7. В проектах усиления оснований при реконструкции сооружений должно быть предусмотрено проведение натурных измерений деформаций оснований и фундаментов специальными марками и реперами. Программа и результаты наблюдений, проводившихся в период строительства, должны включаться в состав проектной документации, передаваемой заказчику после завершения работ.

2. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ АММИАЧНЫХ КОМПОЗИЦИЙ И БАРЬЕРНОГО ЗАКРЕПЛЕНИЯ

2.1. Аммиачные композиции и барьерное закрепление применяются при:

усилении оснований и фундаментов под существующими зданиями и сооружениями;

строительстве промышленных, гражданских и сельскохозяйственных объектов на просадочных грунтах;

вскрытии котлованов;

проходке подземных выработок;

создании противофильтрационных завес;

защите бетонных конструкций от вредного влияния агрессивных грунтовых вод;

укреплении обратных засыпок;

закреплении грунта при устройстве анкеров;

увеличении несущей способности свай и опор;

строительстве новых объектов в непосредственной близости от существующих.

2.2. Закрепление в грунтовых условиях I типа по просадочности - в пределах деформируемой зоны или ее части; в грунтовых условиях II типа по просадочности - на всю глубину просадочной толщи.

2.3. Усиление оснований существующих зданий и сооружений производится обычно в следующих случаях:

при недопустимых по величине или неравномерных осадках сооружения или его части, вызванных уплотнением под нагрузкой просадочных грунтов при их замачивании;

при увеличении эксплуатационных нагрузок (замена оборудования более тяжелым, увеличение этажности зданий и пр.).

2.4. Строительство новых объектов рядом с существующими вызывает необходимость в усилении оснований последних для предотвращения их деформаций как при производстве работ, так и во время эксплуатации. Усиление оснований в этих случаях позволяет предотвратить подвижку и утечку грунта при повышении влажности, вибрации, удары при производстве работ. Кроме того, устройство закрепленных оснований позволяет уменьшить влияние сооружаемых рядом объектов на существующие и выполнять работы в стесненных условиях. Возможно их применение как подпорных стенок и в качестве элемента "сетчатых стен в грунте".

2.5. Аммиачные композиции и барьерное закрепление применимы для лессовых грунтов различного химико-минералогического состава, имеющих емкость поглощения в щелочной среде не менее 10 мг-экв на 100 г сухого грунта. Коэффициент фильтрации закрепляемого грунта должен быть не менее 10 м/с, степень влажности не выше 0,75.

3. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ

3.1. Инженерно-геологические изыскания проводятся для получения материалов о геологическом и литологическом строении и гидрологических условиях строительного участка, необходимых для составления проекта закрепления грунтов. Материалы должны содержать сведения:

о составе и гидрогеологических условиях, а также физико-механические и физико-химические характеристики состава, состояния и свойства грунтов: прочностные и деформационные характеристики (угол внутреннего трения, удельное сцепление, прочность при одноосном сжатии, модуль общей деформации), относительная просадочность, начальное просадочное давление и влажность, плотность частиц грунта и плотность грунта, пределы пластичности, влажность, степень влажности, водопроницаемость отдельных литологических разновидностей грунтов и изменение этих характеристик в районе сооружения, в том числе об анизотропии фильтрационных свойств грунтов, агрегатный состав, химический состав водных вытяжек и грунтовых вод, направление и скорость их движения, рН среды, емкость поглощения в 1 н. растворе NaOH, содержание карбонатов, гипса и органических веществ.

3.2. Определение рН грунтов и грунтовых вод производят потенциометрическим методом (рН-метр марки рН-340 и др.).

3.3. Определение емкости поглощения производится титрометрическим способом. Для этого грунт в воздушно-сухом состоянии растирается в ступке резиновым пестиком и просеивается через сито с отверстиями 1 мм. Из подготовленного грунта отбирается проба 50 г, вводится в коническую колбу объемом 250-300 мл, заливается 50 мл 1 н. раствора NaOH и после минутного взбалтывания и 2-3-минутного отстаивания отфильтровывается через складчатый фильтр. Отобранная из фильтра проба объемом 15-20 мл титруется по фенолфталеину 1 н. раствором соляной кислоты .

Емкость поглощения в мг-экв на 100 г грунта рассчитывается по формуле:

,                                               (1)

где - коэффициент перевода на весь объем;

- гигроскопическая влажность грунта.

3.4. Определение содержания карбонатов в грунте удобно проводить кальциметром Гейслера-Максимюк или титрометрическим способом.

3.5. Определение гипса в грунтах проводят с помощью солянокислых (0,2 Н HCl) и водных вытяжек согласно Руководству по химическому анализу почв (М., Изд. МГУ, 1970).

3.6. Содержание органического вещества в грунтах определяется методом сухого сжигания в потоке кислорода при температуре 950-1000 °С согласно ГОСТ 23740-79 или путем мокрого сжигания органического вещества хромовой кислотой (оксидометрический метод) по методу Тюрина.

3.7. Данные инженерно-геологического обследования должны содержать:

план площадки в масштабе 1:200 с нанесенными контурами сооружения и точками разведочных выработок;

каталог выработок с указанием глубин;

чертежи колонок по отдельным выработкам;

инженерно-геологические продольные и поперечные профили в масштабе 1:100 (вертикальный) и 1:200 (горизонтальный);

таблицы и графики с результатами исследования грунтов.

3.8. Инженерно-геологические и гидрогеологические исследования для закрепления грунтов производят путем проходки скважин и шурфов.

Образцы грунта отбирают из каждого слоя по 2 м по глубине, а пробы воды в количестве 2 л из каждого водоносного горизонта. Образцы грунта должны быть доставлены в лабораторию в виде монолитов в количестве 1-2 с каждой глубины с ненарушенной структурой и естественной влажностью, для чего образцы-монолиты сразу же после отбора парафинируют и отправляют для испытаний.

3.9. Число скважин и шурфов и их расположение на площадке назначают в зависимости от сложности геологического строения и размеров сооружения. Расстояние между разведочными выработками должно быть не более 40 м, а между скважинами - 15 м.

4. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

4.1. Для установления возможности применения аммиачно-силикатных композиций и барьерного закрепления и определения необходимых для проектирования данных выполняют специальные лабораторные исследования, в состав которых входят:

исследования свойств подлежащих закреплению и закрепленных грунтов;

подбор и разработка составов растворов и исследование их свойств;

исследование процесса инъекции разработанных химических растворов;

разработка оптимальной рецептуры реагентов.

4.2. Для обеспечения лабораторных исследований образцами грунтов на строительной площадке проходят шурфы и бурят скважины с описанием грунтов и отбором монолитов и проб. Скважины располагаются по квадратной сетке на расстоянии до 15 м одна от другой. Образцы грунтов отбирают из каждого инженерного элемента, но не менее чем через 1,5 м по глубине, пробы грунтовой воды по 1-2 л из каждого горизонта. Образцы отбираются с сохранением естественной структуры и влажности по 1-2 с каждой глубины.

4.3. Монолиты и керны непосредственно после извлечения из массива необходимо покрыть гидроизоляционными материалами, при этом должна быть указана пространственная ориентировка материала (в связи с анизотропией материала).

4.4. Из отобранных монолитов или кернов изготавливают образцы необходимого размера. Число испытаний образцов должно быть не менее трех и назначается по коэффициенту вариации, полученному при обработке данных испытаний образцов на сжатие:

Лабораторные закрепления можно производить на приборе Л.И.Курденкова или по методике Ростовского Промстройниипроекта. При хорошей проницаемости грунта инъекцию раствора можно осуществить за счет разрежения, создаваемого вакуум-насосом в резервуаре для сбора фильтрата.

Для закрепления образцов раствором жидкого стекла его температура должна быть около 20 °С. При применении аммиака возможна пониженная температура раствора.

5. ПОЛЕВЫЕ ОПЫТНЫЕ РАБОТЫ

5.1. Опытные работы в натурных условиях (полевые) назначаются для уточнения параметров закрепления: давления нагнетания растворов; расчетной величины радиуса закрепления; нормы закачки растворов на одну заходку; очередности нагнетания растворов в композиции; проницаемости грунта по растворам и удельных расходов при инъекции; расчетных или нормативных характеристик прочностных, деформационных и других физико-механических свойств закрепленных грунтов; оптимального режима инъекции, отбора образцов, толщины и глубины барьера и т.д.

5.2. Полевые опытные работы производятся согласно специальной программе по заданию, выданному проектной организацией, которая принимает решение о проведении опытных работ.

5.3. Все работы технологически выполняются в натурных масштабах в производственном режиме с применением производственного оборудования и проводятся пробными инъекциями в нескольких характерных местах площадки с последующим вскрытием шурфами закрепленных элементов, измерением их объемов, определением конфигурации и лабораторными исследованиями характеристик грунта.

5.4. Для проведения опытных работ основное оборудование и материалы даны в последующих главах.

5.5. Программа опытного закрепления грунтов должна содержать следующие материалы с необходимыми данными и сведениями:

план участка с местами инъекции в характерных местах площадки, отражающих разнообразие грунтовых условий;

схему закрепления, на которой изображены планы и разрезы шурфов с указанием местоположения инъекции, мест отбора проб грунтов;

таблицы с расчетными параметрами инъекций;

таблицы оборудования, материалов и приборов;

пояснительную записку, содержащую необходимые сведения, пояснения к графическому материалу и рекомендации по выполнению работ;