Уплотнение грунта под искусственные основания

Уплотнение грунта производится указанными ранее способами, каковые мы и рассмотрим в отдельности.

а) Уплотнение грунта трамбованием. Уплотнение основания трамбованием производится следующим образом: отрыв фундаментные рвы и выровняв их дно, начинают его трамбовать с краев к середине (от А и В к О, (риг. 43); трамбование производится посредством ручных трамбовок, представляющих круглый или шестиугольный обрубок бревна (фиг. 44), диаметром около 30 см и высотою 65—75 см, и верхний, тонкий конец которого врезана сковороднем горизонтальная ручка; иногда трамбовки устраиваются из толстого и короткого обрубка бревна вертикальною ручкою (фиг. 45). Нижний торец трамбовки часто обивается толстым листовым железом. Вес ручной трамбовки — от 12 до 15 кг; при весе ее более 15 кг трамбование становится весьма утомительным, а потому, если было бы признано полезным трамбовать грунт тяжелыми трамбовками, лучше употреблять такие, которые, на подобие ручной бабы, снабжены четырьмя или шестью вертикальными ручками (фиг. 46), или же чугунные трамбовки (фиг. 47); на такие трамбовки, весом от 50 до 100 кг, ставится по несколько человек рабочих с таким расчетом, чтобы на каждого приходилось около 12 кг веса трамбовки.

Если желают уплотнить грунт еще более сильными ударами, то применяют тяжелые деревянные или чугунные трамбовки, весом от 130 до 300 кг, поднимаемые посредством каната а с кошками bb (фиг. 48), перекинутого через блок, который укреплен в вершине треноги из бревен; оттяжка S служит для направления ударов в любое место дна рва без частой перестановки треноги.

Еще лучших результатов уплотнения грунта можно достигнуть трамбованием его посредством копра с коническою бабою; после каждого удара бабы копер передвигается настолько, чтобы следующий удар пришелся рядом с предыдущим.

Трамбование достигает цели — уплотнения основания — только при грунтах мало упругих и не разжиженных водою. Сопротивление упругих грунтов от трамбования не увеличивается; пропитанные же водою, особенно — илистые, глинистые и болотистые, от трамбования еще более разжижаются, причем сопротивление их уменьшается. Вообще, даже при благоприятных условиях, трамбование не дает серьезных результатов в смысле увеличения сопротивления грунта так как при этом уплотняется только верхний слой грунта, не глубине же (0,4—0,6 м) уже никакого уплотнения его не замечается.

б) Уплотнение грунта втрамбовыванием щебня.Втрамбовыванием щебня достигаются значительно более ощутительные результаты, чем простым трамбованием грунта. Втрамбование щебня производится следующим образом: отрыв котлован или фундаментные рвы и выровняв дно, насыпают на него булыжный или плитный (но не кирпичный) щебень ровным слоем, толщинок 0,10—0,20 м, и трамбуют его, идя от краев рва к середине, до тех пор, пока весь щебень не уйдет в грунт; после этого насыпают второй слой щебня такой же толщины и трамбуют его, пока он не погрузится в грунт, и т. д.; при этом вместе с втрамбовыванием следующих слоев постепенно увеличивают и вес трамбовок. Так продолжают работу до тех пор, пока вновь насыпанный слой щебня не будет разбиваться в дресву (мелочь), не уходя в грунт; тогда грунт уже не будет покалываться между щебенкою, трамбовка при ударах начнет отпрыгивать от дна и издавать не глухой, шлепающий, а звонкий звук.

Иногда вместо втрамбовывания щебни применяется втрамбовывание в дно фундаментных рвов плиты на ребро, однако таким путем не могут быть достигнуты сколько-нибудь серьезные результаты.
в) Уплотнение грунта путем забивки свай частоком.1. Общие сведения о забивке спай. Наилучшим способом уплотнения слабого грунта является забивка круглых свай частоком, т. е. в шахматном порядке, или рядами, в известном расстоянии одна от другой. Для этого берутся сваи толщиною от 18 до 30 см в тонком конце и длиною от 4 до 6,5 м, и забиваются всегда тонким концом вниз. Забиваемая в сжимающийся грунт свая вытесняет в сторону некоторое количество этого грунта, равное ее объему, отчего вокруг забиваемой сваи происходит местное уплотнение грунта; если по всей площади основания будет забито много свай в таких друг от друга расстояниях, чтобы сферы уплотненного каждою из них грунта касались, или даже входили одна в другую, то получится основание с значительно уплотненным грунтом; это уплотнение будет тем больше, чем более сближены будут между собою сваи. При весьма толстом слое слабого грунта, когда сваи нельзя будет забить до материка, сопротивление уплотненного ими основания будет тем больше, чем более уплотнен грунт, т. е. чем более сближены между собою сваи, и чем толще уплотненный слой грунта, т. е. чем более длинные взяты сваи.

Круглая свая, забитая в грунт не до материка, держится в нем, во-первых, благодаря сопротивлению грунта дальнейшему углублению, вызываемому отпором грунта, и, во-вторых, в силу сцепления ее с грунтом; так как эти величины возрастают вместе с уплотнением грунта и с диаметром и длиною сваи, то сопротивление таких оснований, уплотненных сваями, может быть определяемо по сопротивлению забитых свай и их числу. Сопротивление же свай, забитых в грунт, определяется по их отказу, отказом называется углубление сваи в грунт от последнего залога, т. е. 25—30 ударов бабы. Часто отказом называют углубление сваи от одного удара последнего залога, т. е. ту величину, которая входит в приводимые ниже расчетные формулы.

Сопротивление сваи углублению в грунт следует рассматривать двоякое: временное, представляющее предельную нагрузку на сваю, с дальнейшим увеличением которой она приходит и движение, т. е. начинает углубляться, и прочное, представляющее вообще некоторую часть (например 1/4, 1/10, 1/25...) от временного сопротивления; такому прочному сопротивлению сваи соответствует ее допускаемая или безопасная нагрузка.

Говори о большей или меньшей верности результатов, даваемых различными формулами, определяющими сопротивление свай, мы будем подразумевать лишь величины временного сопротивления свай, так как величина коэффициента запаса прочности является совершенно произвольною.

В практике для определения сопротивления свай применяется много формул, дающих иногда весьма разнообразные результаты; это объясняется тем, что теория сопротивления свай еще недостаточно разработана.

Одна из простейших формул, которою весьма часто пользуются, имеет такой вид:

где: R — временное сопротивление сваи, P — вес бабы, H — высота падения бабы, i — величина углубления сваи от одного удара бабы последнего залога, или 1/25—1/30 отказа.

Конечно,здесь R и P выражаются в одинаковых единицах веса(например,в килограммах ), а Н и i — в одинаковых единицах длины (например, в сантиметрах).

Отсюда для прочного сопротивления сваи или, что то же, для величины безопасной нагрузки на сваю Q имеем следующую формулу:

где k есть коэффициент, равный от 0,04 до 0,1, в зависимости от грунта, веса бабы и высоты ее падения.

Формула (5) выведена из уравнения живых сил, но при этом не приняты во внимание ни масса сваи, ни подскок (упругий удар) бабы, ни содрогание почвы при ударе бабы о сваю; отсюда очевидно, что и результаты, даваемые этою формулою, не могут быть всегда близки к истине.

Эйтельвейн дал следующего вида формулу:

где R — временное сопротивление сваи, Q — прочное сопротивление сваи или предельная безопасная нагрузка, q — вес сваи, m — коэффициент устойчивости, принятый Эйтельвейном равным 4.

Значение остальных букв то же, что и в предыдущих формулах (5) и (6).

В выводе этой формулы принято, что баба и свая при ударе остаются вполне неупругими,и вовсе не принято во внимание, расходование сил па содрогание окружающего сваю грунта; таким образом и эта формула не может дать сколько-нибудь правильных результатов.

Брике дает для временного сопротивления сван формулу:

и для предельной нагрузки на нее:

где m = 4—6 (коэффициент устойчивости), а остальные обозначения, как в предыдущих формулах.

Профессор Янковский принял во внимание потерю работы удара бабы на внутренние сопротивления в массе сваи, бабы и окружающего грунта, приходящего в содрогание при ударах бабы о сваю, и, сравнив результаты выведенных им уравнений с опытными данными, нашел, что временное сопротивление сваи достаточно точно определяется формулою:

а, если свая забивается посредством подбабка, то:

Отсюда, обозначая запас устойчивости через m, получим для величины безопасной нагрузки на сваю, забитую без подбабка, выражение:

а для сваи, забитой посредством подбабка,

где коэффициенту m дают значение от 4 до 10.

Формулы профессора Янковского можно считать при известных обстоятельствах наиболее отвечающими истинным результатам, обеспечивающим правильный расчет сопротивления сваи.

Фомула Эйтельвейна дает величину сопротивления сваи в 4—5 раз большую, а формула Брикса — приблизительно такую же, как и формула Янковского.

Вообще же на практике принято считать, что при отказе от последнего залога (в 30 ударов) от 10 до 1 см временное сопротивление 23—27-сантиметровых свай колеблется в пределах от 156 до 260 кг на 1 кв. см площади поперечного сечения (в тонком конце); допускаемая же безопасная нагрузка на них должна быть принята в 30 — 50 кг на 1 кв. см и во всяком случае не более прочного сопротивления дерева на раздробление 65 кг на 1 кв. см.

2. Пробные сваи. С целью определить величину отказа свай (для вычисления по предыдущим формулам сопротивления их) забивают пробные сваи; для этого сваи различной длины забиваются в разных местах основания и при забивке определяется их отказ; таким образом, задавшись известною величиною отказа и, следовательно, величиною предельной нагрузки на сваю, можно, при забивке свай, определить их длину, или, по полученной величине отказа свай данной длины от 4 до 6,5 м и диаметра определить по одной из вышеприведенных формул наибольшую безопасную нагрузку их.

Впрочем, при забивке пробных свай для определения величины отказа следует иметь в виду, что эта величина всегда будет несколько более той, которая будет наблюдаться при забивке свай частоком, так как в последнем случае грунт сильно уплотняется и оказывает большее сопротивление углублению свай, чем при забивке одиночных пробных свай.

Наиболее надежным способом определения временного сопротивления свай является испытание нескольких забитых свай пробною нагрузкою; однако применение этого способа на практике представляет большие затруднения и потому им пользуются редко.

3. Определение числа свай для основания. Найдя величину предельной (допускаемой) безопасной нагрузки на сваю Q, определяют все число свай N, которое следует забить в основание под данное сооружение: для этого находят полный вес сооружения с фундаментом T и делят его на предельную нагрузку:

после чего распределяют все число свай N по всей площади основания S.

Нa практике для расчета числа смай и распределении их а основании удобнее пользоваться следующим приемом, обязательным при неравномерной нагрузке основания: определяют вес одного погонного метра стены сооружения с ее фундаментом, включая в него приходящуюся часть нагрузки от полови потолков, стропил, кровли и проч.; пусть этот вес T0 кг. Затем, задавшись профилем фундамента, определяют ширину его подошвы а м; следовательно на площадь основания 1 погонного метра стены а*1=а кв. м будет приходиться нагрузка в T0 кг.

Если предельная нагрузка на одну сваю составляет Q кг, то число свай на всем участке основания, длиною в 1 м, будет

Эти N0 свай располагаются в 3,4 или 5 рядов, так что (фиг. 49)

N0 = n*k.

где n — число свай в одном ряду, k — число рядов.

Расстояние между центрами свай одного ряда назначается от 0,9 до 1,5 м, а расстояние между рядами — от 0,75 до 1,2 м, ось от оси. Если бы при размещении свай оказалось, что расстояния между ними меньше данных здесь норм, то следует увеличить длину (т. е. глубину забивки) или диаметр свай; в противном же случае — поступить наоборот.

В очень слабом разжиженном грунте весьма полезно, до начала забивки свай часто-ком, забивать по контуру основания шпунтовые ряды из шпунтовых досок, толщиною 6—7 см, длиною 2—3 м (фиг. 50), чтобы предохранить основание от размыва и несколько ограничить выпирание грунта в стороны при уплотнении его сваями.

Если сваи забиваются частоком в пять и более рядов, то выгодно начинать бойку их от середины и итти к краям, так как если начать их с краев и от них итти к середине, то, вследствие сильного уплотнения грунта, средние сваи забивались бы крайне трудно, вследствие чего пришлось бы или забивать их на больших расстояниях друг от друга, или уменьшить длину свай, а это может впоследствии вызвать неравномерную осадку сооружения.

Когда свайная бойка окончена, все головы свай спиливаются под одну горизонтальную плоскость; для этого обыкновенно пользуются грунтовыми водами, которые перестают откачивать из фундаментных рвов, пока они не поднимутся до уровня, на котором предполагается спилить сваи; тогда, поддерживая этот уровень по заметке на одной из свай, отмечают его зарубками и на остальных сваях, после чего откачивают воду и спиливают головы свай по зарубкам. Если грунтовые воды отсутствуют, то уровень на сваях отмечается по ватерпасу.

4. Заполнение промежутков между головами свай. Если грунт основания не очень слаб, расстояние между сваями не велико и если фундамент кладется из очень крупного материала, то обыкновенно кладку фундамента ведут непосредственно на головах свай, промежутки между которыми заполняют хорошо утрамбовываемым щебнем, булыжником или даже бутовою кладкою (фиг. 51). При этом следует обращать особое внимание на то, чтобы заполнение между сваями было тщательно утрамбовано, иначе, под давлением сооружения, оно может дать независимую от свай осадку; полезно также полить верхнюю поверхность заполнения жидким гидравлическим раствором (прыском).

5. Ростверки на сваях. Если грунт очень сжимаем или расстояние между сваями велико и материал, из которого бутится фундамент, мелок, то устраивают по головам свай ростверки деревянные или бетонные.

Деревянные ростверки состоят из перпендикулярных к рядам свай поперечин а (фиг. 52), укладываемых на шипы, нарубленные на головах свай, и из прогонов bb, которые кладутся на поперечины, над каждым рядом свай; те и другие представляют 27— 32-сантиметровые (6—7-вершковые) бревна, отесанные на два канта (верхний и нижний); врубки делаются неглубокие, в 1/4 дерева, и, притом, в поперечинах, а не в прогонах, чтобы не ослаблять последних. Расстояние между поперечинами зависит от расстояния между рядами свай. Поверх прогонов настилается пол из 6—7 - сантиметровых (2,5—3-дюймовых) досок (с, с), прибиваемых к прогонам гвоздями. До настилки этого пола обыкновенно заполняют все промежутки между головами свай, поперечинами и прогонами щебнем, гравием, песком или другим грунтом и плотно его утрамбовывают.

Деревянные ростверки, как и всякие другие виды деревянных оснований, можно устраивать только в таком случае, если они всегда будут, покрыты водою, так как дерево под водою хорошо сохраняется весьма долгое время; если же оно попеременно или покрывается водою, или подвергается действию воздуха, то сгнивает в течение нескольких лет. Поэтому следует принять за правило — всегда располагать деревянные части оснований по крайней мере на 30 см ниже горизонта самых низких грунтовых вод и, притом, только в таких случаях, когда нельзя опасаться случайного значительного понижения грунтовых вод, какое, например, может быть вызвано устройством глубокого дренажа местности, канализациею и пр.

Дерево также хорошо сохраняется и в совершенно сухой почве: однако такие случаи представляют лишь редкие исключения; при этом, но избежание повреждения дерена, находящегося в сухом грунте, червоточиною и другими насекомыми и паразитами, его следует пропитывать или, но крайней мере, покрывать антисептическими веществами, напр., горячею смолою, раствором сулемы и т. под.

Бетонные ростверки устраиваются следующим образом: спилив головы свай под один горизонт, забивают по краям фундаментных рвов или котлована шпунтовые ряды (фиг. 53) из коротких 6-сантиметровых (2,5-дюймовых) шпунтовых досок, расчищают дно от земли и мусора так, чтобы головы свай возвышались над дном на 0,15—0,3 м и затем кладут между головами свай и сверх них бетон, трамбуя его в слое не толще 0,2 вся толщина бетонного ростверка делается в 0,45—0,6 м, причем толщина его слоя над головами свай не должна быть менее 0,3 м.

Состав бетона для ростверков: 1 ч. портландского цемента, 2,5—3 части песку и 6—8 частей щебня гранитного или плитного; кирпичный щебень не годится, так как такой бетон недостаточно хорошо выдерживает действие сырости.

Бетонные ростверки прекрасно связывают головы свай и поэтому способствуют наиболее равномерной передаче давления сооружения сваям; они очень прочны, не разрушаются от действия сырости и атмосферных влияний, устраиваются очень просто, и быстро и. наконец, ценность их весьма мало превосходит стоимость устройства деревянных ростверков; поэтому бетонные ростверки в последнее время все более и более входят в употребление, вытесняя собою менее прочные деревянные.