Общие сведения. В практике строительства широкое применение получили сле­дующие методы поверхностного уплотнения грунтов (Мангушев

Этот метод применяется для уплотнения пылевато-глинистых и песчаных грунтов, характеризующихся степенью влажности S_r < 0,7 и плотностью сухого грунта ρ_d < 1,55 т/м³. Крупнообломочные грунты уплотняются при любой влажности (Мангушев Р.А. [4];
Кругов В.И. [13]).

Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками осуществляют свободным сбрасыванием с помощью крана-экскаватора с высоты h = 4-10 м трамбовок диаметром = 1,4-3,5 м и весом g = 40-200 кН. В результате трамбования в массиве грунта образуется уплотненная зона толщиной от 1,5 до 6 м, в пределах которой плотность сухого грунта изменяется от максимальной величины в верхней части до заданной на нижней границе уплотненной зоны (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Формирование глубины (зоны) уплотнения в основании
фундамента при уплотнении тяжелыми трамбовками:

а – изменение ρ_d до уплотнения; б – то же после уплотнения

За нижнюю границу уплотненной зоны принимается глубина, на которой плотность сухого грунта достигает значения, как правило, принимаемого равным ρ_d > 1,60 т/м³.

В практике строительства используют трамбовки весом от 20 до 150 кН (2-15 тн) и более, которые изготавливаются из железобетона, имеют в плане форму круга или многоугольника (с числом сторон не менее восьми). На рис. 3.10приведены конструкции тяжелых трамбовок. Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками весом до 50-70 кН производится с помощью оборудованных стрелой-драглайном строительных кранов-экскаваторов Э-1252 и Э-10011 грузоподъемной силой соответственно 250 и 180 кН, а трамбовки весом 100-50 кН – карьерных кранов-экскаваторов Э-2502 и Э-2505 грузоподъемной силой 500-600 кН. Производственный опыт показывает, что при подборе крана-экскаватора его грузоподъемная сила должна в 3-4 раза превышать вес трамбовки.

Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками применяют с целью:

• устранения просадочных свойств грунтов в пределах всей или части деформируемой зоны от нагрузки фундаментов;

• создания в основании зданий или сооружений сплошного маловодопроницаемого экрана, препятствующего интенсивному замачиванию нижележащих грунтов;

• повышения плотности, прочностных характеристик и снижения сжимаемости грунтов.

Рис. 3.10. Формы и конструкции тяжелых трамбовок:

а – трамбовка весом 50-70 кН; б – весом 70-100 кН;
в – весом >100 кН;

1– петля для подъема; 2– кожух (из листовой стали);
3– поддон (из листовой стали); 4 – вертикальная арматура;
5– горизонтальная арматура

Проектирование оснований, уплотняемых тяжелыми
трамбовками.В проекте уплотнения грунтов тяжелыми трамбовками должны быть указаны:

• размеры уплотняемой площади в плане;

• глубина уплотнения;

• величина недобора грунта до отметки заложения фундамента;

• диаметр и масса трамбовки;

• требуемая плотность грунта на нижней границе уплотняемой зоны;

• оптимальная влажность грунта и количество воды для его увлажнения;

• прочностные и деформационные характеристики, расчетное сопротивление основания из уплотненного грунта;

• указания по проведению опытных работ и контролю качества при производстве работ.

Размеры уплотняемой площади в плане, при необходимости создания в основании сплошного маловодопроницаемого экрана, принимаются не менее чем на 1 м больше размеров здания по наружным граням фундаментов в каждую сторону.

Трамбование производят с перекрытием следов (рис. 3.11) отдельными циклами при постоянном поворачивании стрелы по мере перехода с одного следа на другой.

Рис. 3.11. Схема уплотнения грунтов тяжелыми трамбовками:

1 – уплотненный грунт; 2 – полоса уплотненного грунта с одной
стоянки крана-экскаватора

По каждому следу выполняют по 2-4 удара трамбовки. Переход с одного цикла на другой осуществляют изменением вылета стрелы или отъездом крана назад. Такая последовательность сохраняется до тех пор, пока не будет произведено заданное число ударов трамбовки по каждому следу. После окончания трамбования верхний разрыхленный слой грунта доуплотняют легкими ударами трамбовки, сбрасывая ее с высоты 0,5-1,0 м, или укаткой. Если после трамбования отметка основания окажется ниже проектной, производят подсыпку грунта с уплотнением его укаткой.

При уплотнении только с целью повышения плотности и снижения сжимаемости грунтов, а также устранения просадочных свойств грунтов ширина или длина уплотняемой площади назначается в соответствии с конфигурацией и размерами фундаментов и принимается

(3.7)

где и - соответственно ширина и длина фундамента, м;

- диаметр трамбовки, м.

Глубина уплотнения тяжелыми трамбовками в основании фундаментов определяется из условия повышения плотности и снижения сжимаемости грунтов, а также устранения просадочных свойств грунтов в пределах всей деформируемой зоны или только ее верхней части на глубину, при которой осадки фундаментов, а для просадочных грунтов - суммарные осадки и просадки, не превышают предельных величин для зданий и сооружений. Глубина уплотнения тяжелыми трамбовками зависит от природной плотности и влажности грунтов, диаметра и веса трамбовки, режима уплотнения и при оптимальной влажности приближенно принимается

(3.8)

где – диаметр основания трамбовки, м;

– коэффициент, принимаемый по данным эспериментальных исследований для супесей и суглинков, равным 1,8,
для глин – 1,5.

При устройстве сплошного маловодопроницаемого экрана глубина уплотнения должна быть .

Величина недобора грунта до проектной отметки заложения фундаментов принимается равной понижению трамбуемой по­верхности и определяется по формуле (3.4).

Диаметр и масса трамбовок назначаются в зависимости от глубины уплотнения, формы и размеров уплотняемых площадей и т. п.

При назначении массы трамбовок следует исходить из того, чтобы статическое давление на песчаные грунты составляло не менее = 15 кПа, а для глинистых грунтов = 20кПа.

Плотность сухого грунта в уплотненном слое назначается исходя из полного устранения просадочных свойств грунтов, обеспечения достаточно низкой сжимаемости и высокой прочности уплотненных грунтов и для подавляющего большинства лессовых грунтов должна быть >1,65-1,70 т/м³, а на нижней границе уплотненной зоны
= 1,60 т/м³.

Наибольшая эффективность уплотнения тяжелыми трамбовками достигается при оптимальной влажности грунтов , определяемой по результатам опытного уплотнения или приближенно принимаемой по выражению (3.2).

Расчетное сопротивление и осадки фундаментов на уплотненных грунтах вычисляются по схеме двухслойного основания, состоящего из уплотненного слоя и подстилающего грунта природной структуры. Прочностные характеристики и модули деформации уплотненных грунтов принимаются, как правило, по результатам непосредственных их испытаний. При их отсутствии указанные характеристики допускается принимать по табл. 3.5, 3.6 и 3.7.

Качество работ по уплотнению грунтов тяжелыми трамбовками с оптимальной влажностью проверяют по отказу контрольным трамбованием поверхности ранее уплотненного грунта с определением величины отказа после двух-трех ударов трамбовки.

Пункты контрольного трамбования располагают по одному на каждые 100 м² уплотненной площади. При уплотнении грунтов с влажностью, отличающейся от оптимальной более чем на ± 0,02, качество уплотнения проверяют определением плотности грунта через 0,25-0,5 м по глубине при толщине уплотненного слоя до 2-2,5 м и 0,5-0,75 м – при большей. Плотность грунта определяют отрывкой шурфов или проходкой радиометрических скважин на каждые 300 м² уплотненной площади.