Повышение несущей способности грунта для обеспечения прочности фундамента

Несущая способность грунта является важнейшей характеристикой, определяющей максимальную нагрузку, которую может выдержать его слой, не подвергаясь чрезмерной деформации или осадке. Проще говоря, это относится к способности земли выдерживать вес или сопротивляться силам сверху.

Понимание этого свойства важно для инженеров и подрядчиков, поскольку оно помогает им принимать обоснованные решения о подходящих конструкциях фундаментов и методах строительства.

Существуют различные определения несущей способности в зависимости от различных контекстов. Так, одно обычно используемое определение гласит, что несущая способность относится к «максимальной нагрузке на единицу площади, которую грунт может выдержать без разрушения». Термин «разрушение» в этом определении подразумевает неприемлемые уровни деформации или осадки, связанные с приложенной нагрузкой.

Важность знания несущей способности для строительных проектов

Строительные проекты связаны с тяжелыми нагрузками на грунт, которые могут нанести значительный ущерб, если превысят несущую способность грунта. Разрушение фундамента здания из-за недостаточной несущей способности может привести к серьезным последствиям, таким как обрушение здания, опасность для жизни людей и значительные экономические потери.

Поэтому знание несущей способности грунта необходимо на каждом этапе строительного проекта, от выбора площадки и этапа проектирования до этапов строительства и технического обслуживания.

Зная эту характеристику, проектировщики могут принимать обоснованные решения о подходящих строительных материалах, конструкции фундамента, методах подготовки площадки, глубине земляных работ и материалах для обратной засыпки.

Факторы, влияющие на несущую способность

Прежде чем понять, как повысить несущую способность почвы, важно определить факторы, влияющие на нее.

Итак, несущая способность грунта является той максимальной нагрузкой, которая может быть приложена к единице площади грунта, не вызывая разрушения при сдвиге или чрезмерной деформации.

Тип и состав почвы

Тип и состав грунта играют решающую роль в определении его несущей способности. Различные типы грунтов, такие как глина, песок, гравий и т.д., имеют различные свойства, влияющие на их прочность и несущую способность. Например, глинистые грунты обычно имеют более высокую несущую способность, чем песчаные, из-за их более высокого уровня сцепления.

Кроме того, на несущую способность могут влиять различные составы почвы, такие как содержание органических веществ. Органическое вещество может способствовать более легкому разрушению частиц почвы под давлением, что снижает ее общую прочность и несущую способность.

Глубина и мощность слоев почвы

Глубина и мощность слоя грунта также играют важную роль в определении его несущей способности. Как правило, более глубокие слои имеют более высокую несущую способность, чем слои неглубокие, поскольку они испытывают меньшую деформацию из-за приложенных нагрузок.

Толщина верхнего слоя почвы не менее важна, поскольку он часто состоит из более мягкого материала с более низким уровнем уплотнения по сравнению с нижележащими слоями почвы.

Содержание воды и уровень насыщения

Содержание воды и уровень насыщения являются ключевыми факторами, определяющими прочность грунта, поскольку поровое давление воды может значительно снизить его сопротивление сдвигу под нагрузкой.

Насыщенные грунты, как правило, демонстрируют пониженное сцепление между частицами, что делает их более склонными к проблемам нестабильности из-за снижения сил трения между отдельными частицами.

Плотность и уплотнение почвы

Уровень плотности влияет на несущую способность, сказываясь на том, насколько плотно упакованы частицы грунта и на степень сцепления между ними.

Когда грунт слишком рыхлый или недостаточно уплотненный, это может привести к более высоким уровням деформации, снижая его несущую способность. И наоборот, переуплотненные или слишком плотные почвы также могут привести к снижению несущей способности из-за уменьшения дренажа воды и воздуха в слои почвы.

Методы повышения несущей способности

Методы стабилизации грунта

Методы стабилизации грунта являются критическим компонентом в улучшении несущей способности грунта.

Одним из методов ее улучшения является химическая стабилизация. Этот процесс включает в себя смешивание с почвой таких химических веществ, как известь, цемент или битум для запуска химической реакции, укрепляющей почву. Полученная смесь обладает повышенной прочностью и жесткостью, что позволяет ей выдерживать конструкции с повышенной устойчивостью.

• Механическая стабилизация – еще один метод повышения несущей способности грунта. Этот подход включает в себя добавление таких материалов, как гравий, щебень или песок для создания стабильного базового слоя под конструкциями.

Создавая более стабильную поверхность, этот метод более равномерно перераспределяет вес и уменьшает деформацию или оседание.

• Биологическая стабилизация основана на использовании растительности для стабилизации грунтов. Корни растений могут проникать в почву и укреплять ее, повышая ее способность сопротивляться деформации под нагрузкой. Растительность также может помочь контролировать эрозию и улучшить дренаж за счет уменьшения объема стока.
• Динамическое уплотнение подразумевает многократное опускание тяжелых грузов на землю до тех пор, пока она не станет плотной. Этот метод помогает увеличить плотность за счет разрушения слабых слоев почвы, а также уменьшить избыточное содержание воды за счет уплотнения.
• Виброуплотнение использует вибрационные силы, передаваемые машинами к виброзондам, которые через равные промежутки вставляются в рыхлые грунты на территории, подготавливаемой для строительства. Вибрации «разжижают» почву, заставляя ее оседать и уплотняться до более стабильного состояния.

• Затирка включает в себя введение цементного материала в почву для заполнения трещин, пор и пустот. Затем раствор затвердевает и связывается с окружающими частицами почвы, создавая более связную массу, способную выдерживать большие нагрузки.

Внедрение этих методов повышения несущей способности грунтов позволяет значительно снизить потенциальную деформацию фундаментов при весовых нагрузках. Кроме того, эти методы являются экономически эффективными с точки зрения используемых материалов и требуемой рабочей силы.

Практические примеры повышения несущей способности

Использование геотекстиля в проектах дорожного строительства

Геотекстиль — это проницаемая ткань из полиэстера, полипропилена или других материалов. Он часто используется для укрепления почвы и обеспечения стабилизации грунта. В проектах дорожного строительства геотекстиль обычно применяется для увеличения несущей способности грунта за счет распределения нагрузки на более широкую площадь. Геотекстиль также может предотвратить эрозию почвы и улучшить дренаж.

Одним из примеров успешного применения геотекстиля в дорожном строительстве является Национальный проект развития автомобильных дорог Индии. Проект предусматривал строительство 400-километрового участка автомагистрали через неустойчивые грунты, склонные к оползням. Использование геотекстиля помогло увеличить несущую способность почвы и обеспечило его усиление против возможных оползней, в результате чего дорога стала безопасной и стабильной.

Внедрение технологии виброзамещения при строительстве фундаментов зданий

Метод виброзамещения — это метод улучшения грунта, используемый для увеличения несущей способности и снижения вероятности осадки при строительстве фундамента. Этот метод включает в себя установку колонн или свай в мягкие или слабые грунты с помощью вибрационного оборудования, которое уплотняет окружающий грунт за счет бокового смещения.

В сингапурском проекте интегрированного курорта Marina Bay Sands, например, виброзамена использовалась для улучшения опоры фундамента для трех 55-этажных башен, построенных на мелиорированных землях с отложениями мягкой морской глины. Использование этой техники помогло увеличить несущую способность грунта до 300%, что позволило построить безопасную и стабильную башню.

Применение метода глубокого перемешивания грунта в проекте расширения порта

Метод глубокого смешивания грунта — еще один метод улучшения грунта, используемый для улучшения свойств грунта и повышения его несущей способности. Этот метод подразумевает механическое смешивание цемента или других вяжущих веществ с глубокими слоями мягких грунтов с помощью специального оборудования, такого как шнеки или буры.

В проекте расширения порта Окленд Новая Зеландия) этот метод использовался для улучшения состояния грунта для нового контейнерного терминала. Смешивание грунта с цементом в сочетании с методом глубокого смешивания грунта помог увеличить несущую способность почвы и снизить риск осадки, обеспечив устойчивое основание для терминала и безопасную работу порта.

Видео: Супер-решение! Как улучшить несущую способность грунта

Заключение

По мере развития технологий и разработки новых материалов для использования в фундаментах и других строительных элементах будет существовать постоянная потребность в исследованиях по улучшению устойчивости грунта и увеличению его несущей способности.

Одним из направлений деятельности может быть разработка новых методов химической стабилизации, которые более экологичны, чем существующие методы, такие как обработка известью.

Также могут рассматриваться возможности для усовершенствования методов динамического уплотнения, которые могут снизить затраты при значительном повышении прочности грунта.

Будущие исследования могли бы улучшить наше понимание того, как различные типы и составы грунтов влияют на несущую способность, что приведет к более точным прогнозам и лучшим проектам для безопасных и устойчивых фундаментов во всех типах строительных проектов.