Превентивное слабое закрепление грунтов

В 1981 г., в экспериментальных работах института Гидроспецпроект на Загорском полигоне было применено превентивное, слабое закрепление рыхлых песчаных грунтов. При струйном размыве рыхлых песчаных или слабых глинистых грунтов свод размываемой полости обрушается, и обрушенный грунт увлекается размывающей струей, увеличивая объем присоединенной массы. Это существенно увеличивает потери кинетической энергии струи, ее размывающую способность и, в конечном итоге, уменьшает диаметр полости при сооружении цилиндрических конструкции или длину прорези при сооружении плоских конструкции. Слабое превентивное закрепление грунтов позволяет обеспечивать временную устойчивость свода размываемой полости и, тем самым, увеличение предельных размеров сооружаемой конструкции.

При сооружении экспериментальных грунтобетонных колон по двухком-понентной технологии со значениями технологических параметров: давление насоса 6 МПа, диаметр растворной насадки 5 мм, частота вращения монитора 6 мин-1, скорость подъема монитора 0,1 м/мин, расход воздуха 5 м3/мин - в грунте образовывались грунтобетонные колонны диаметром 1,5 м. Превентивное укрепление грунта на месте предстоящего сооружения грунтобетонной колонны было выполнено с использованием раствора, включающего 100...150 кг цемента на 1м3. В результате, полученная грунтобетонная колонна, выполненная в слабо закрепленномгрунте при тех же указанных выше значениях параметров технологического процесса, имела средний диаметр 2,2 м.

Аналогичный эксперимент проводился в лабораторных условиях. В лоток с прозрачной стенкой засыпался чистый песок, с края лотка в песок погружалась модель струйного монитора с водяной насадкой, и производился струйный размыв горизонтальной узкой прорези в песке, с выносом размытого песка на поверхность. В другом опыте песок, засыпаемый в лоток, предварительно перемешивался с небольшим количеством цемента, увлажнялся, после заполнения лотка производилась выдержка для схватывания нем. В этом, втором случае длина образуемой в лотке горизонтальной прорези была существенно больше, чем в первом эксперименте, в рыхлом песке.

Таким образом, предварительное слабое закрепление грунта с последующей струйной разработкой указанного слабо закрепленного грунта и закреплением разрыхленного грунта позволяет существенно увеличить размеры сечения конструкций, сооружаемых с помощью струйной геотехнологии.

Использование предварительного слабого закрепления грунта с последующей его струйной разработкой позволяет решать и другие важные технические задачи. На рис. 6.8 показана технология сооружения в грунте железо бетонной конструкции с использованием на первом этапе предварительного слабого закрепления грунта.

Рис. 6.8. Сооружение в грунте железобетонной сваи большого диаметра с предварительным слабым закреплением грунта
а- пересекающиеся колонны слабо закрепленного грунта; б - процесс слабого закрепления грунта; в - струйный размыв слабо закрепленного грунта по струйно-вихревой технологии, с полным удалением размытого грунта; г - бетонирование железобетонной сваи методом вертикально-подъемной трубы;
1- полость сваи большого диаметра; 2- слабо закрепленный грунт; 3 - технологическая скважина; 4 - струйный монитор; 5- монитор с вихреобразующим устройством; 6- водяная струя в воздушном потоке; 7- напорная вода; 8- сжатый воздух; 9-пульпа размытого грунта; 10- кольцевой вихревой поток; 11 - арматурный каркас; 12 - бетонолитная труба; 13- литой бетон

На втором этапе производится размыв слабо закрепленного грунта вращаемой струей из медленно поднимаемого монитора, с диаметром размыва, меньшим размера сечения массива слабо закрепленного грунта с удалением части размытого грунта с изливающейся пульпой. На третьем этапе производится удаление оставшегося в размытой полости разрыхленного грунта. В результате образуется колодец заданного диаметра с yстойчивыми стенками. На следующем этапе производится бетонирование этого колодца, в результате чего получается несущая конструкция заданного диаметра и заданной прочности.

Обычно железобетонные буронабивные сваи сооружаются в два этапа. На первом этапе в грунте бурят различными способами скважину большою диаметра, а на втором этапе производят ее бетонирование. Если стенки скважины большого диаметра неустойчивы, то используются инвентарные oбсадные трубы, погружаемые в скважину и извлекаемые после ее бетонирования. Извлечение обсадных труб требует больших подъемных усилий, и в результате  они  получают деформации,  что  сильно  сокращает срок  их эксплуатации. Бурение скважин большого диаметра требует больших крутящих моментов и больших мощностей. При этом можно получать сваи до определенного, ограниченного диаметра, с использованием соответствующей рабочей установки. Для свай большего диаметра фебуется уже другая, более мощная установка. Указанные обстоятельства требуют применения очень громоздкого и дорогого оборудования. Это определяет и высокую стоимость, конструкции, выполняемых таким способом.

Преимущество описанного выше способа сооружения буронабивных свай с предварительным слабым закреплением грунта в том, что несушке конструкции большого сечения выполняются из скважины малого диаметра. При этом поперечные размеры несущей конструкции не ограничены радиусом размывающего действия мониторной струи, они могут иметь любое требумое значение - благодаря возможности закрепления грунта в виде нескольких пересекающихся колонн. Хотя выполнение таких конструкций с помощью струйной геотехнологии требует большего количества этапом, чем при устройстве свай традиционным способом, но суммарная трудоемкость этих этапов меньше, и стоимость работ будет ниже, чем при традиционном способе.

Таким образом, струйная геотехнология может конкурировать с альтернативными технологиями и в тех случаях, когда требуется сооружение железобетонных конструкций с высокой несущей способностью.