 |  | ||||
 УДК 633.152.47 Основные способы укрепления грунтов и фундаментов
Садыков Т.И., магистрант, Хайдаршина Э.Т., ст. преподаватель Башкирский государственный аграрный университет, Россия
Рассмотрены основные методы укрепления грунтов и фундаментов, применяемые в современном строительстве. Описаны механические, физические и химические способы повышения несущей способности основания. Особое внимание уделено инновационным технологиям, в том числе геополимерному инъектированию.
При строительстве и реконструкции зданий нередко возникает ситуация, когда грунтовое основание обладает недостаточной прочностью и не способно выдержать расчётные нагрузки. Это представляет собой серьёзную проблему, особенно при возведении тяжёлых сооружений. Нестабильные, водонасыщенные, рыхлые или просадочные грунты требуют обязательного укрепления. В противном случае здание может просесть, перекоситься или получить серьёзные повреждения. Существует множество способов повышения несущей способности грунта. Их можно условно разделить на три основные группы: механические, физические и химические методы [7]. Одним из наиболее доступных и распространённых является механический способ, включающий уплотнение грунта с помощью специализированной техники. Например, виброплиты, катки, трамбовки применяются для послойного уплотнения почвы, особенно в случае пылевато-глинистых и песчаных пород. При небольшой глубине и площади данный метод достаточно эффективен, особенно при строительстве дорог, аэродромов или котлованов. Если слой слабого грунта большой, его заменяют более прочным материалом, например песком или щебнем, предварительно утрамбовывая каждый слой. Другой вариант механического укрепления — использование свай. Железобетонные или буронабивные сваи проходят сквозь слабый грунт и передают нагрузку на более плотные нижележащие слои. При этом фиксация осуществляется за счёт трения между телом сваи и грунтом. Существуют следующие типы свай: забивные, буронабивные, вдавливаемые и песчаные. Последние создаются путём засыпки песка в пробуренные скважины с последующим уплотнением. Этот способ считается экологически безопасным и экономичным [1]. Особого внимания заслуживает технология грунтовых свай, при которой в пробуренное отверстие засыпается фракционированный материал с послойной трамбовкой. Грунтовые сваи эффективно работают в условиях слабонесущих грунтов и позволяют добиться высокой прочности основания без использования тяжелой техники. Такие методы особенно актуальны в условиях плотной городской застройки или при ограниченном бюджете. Для подготовки основания фундамента в условиях высокой влажности применяется предварительное осушение. Снижение уровня грунтовых вод достигается с помощью эжекторных или иглофильтровых установок, а также вакуумных установок. Это позволяет значительно повысить удельный вес и несущую способность основания. Кроме того, используется метод предварительного обжатия, при котором создается временная насыпь, вытесняющая воду из пор и приводящая к уплотнению грунта [6]. Армирование основания — ещё одно важное направление в укреплении. С помощью геосинтетических материалов, таких как георешетки, геотекстиль или геосетки, создаются армированные слои, способные распределять нагрузку по поверхности и препятствовать перемещению частиц грунта. Эти методы применяются при строительстве откосов, насыпей, дорожных конструкций, а также в ландшафтном дизайне. Георешетки представляют собой объемные конструкции из перфорированных лент, в соты которых засыпается и утрамбовывается грунт. Это позволяет создать прочный и устойчивый массив. Геотекстиль, в свою очередь, обеспечивает фильтрацию и предотвращает смешивание разных слоёв. Одной из новейших разработок является технология композитно-геополимерного инъектирования. В основе метода лежит закачка особого геополимерного раствора под фундамент под высоким давлением. В результате взаимодействия с окружающим грунтом вещество расширяется, уплотняет породы и возвращает основанию утраченные свойства. Особенностью технологии является высокая скорость проведения работ, отсутствие необходимости в земляных работах и безопасность для окружающей среды. Этот метод позволяет не только укрепить основание, но и приподнять просевшие участки конструкции, восстановив проектные отметки [2]. К числу физических методов укрепления относится термическое воздействие, при котором в заранее пробуренные скважины нагнетается горячий воздух или сжигается топливо. Температура достигает 600–800 °C, при этом происходит запекание глинистых грунтов, испарение влаги и образование прочного массива. Метод эффективен, но требует значительных энергетических затрат и использования специализированного оборудования. Радиус действия одной скважины составляет до 3 м, а длительность обработки — от 5 до 10 суток. Другим физическим способом является замораживание грунта. Применяется в основном при строительстве подземных объектов в условиях водонасыщенных грунтов. В пробуренные скважины подается рассол или жидкий азот, что позволяет создать замкнутое кольцо из промороженного грунта, которое эффективно защищает массив от проникновения воды. Однако эффект сохраняется только при работе замораживающих установок. Электроосмос используется для обезвоживания глинистых и связных почв. Через грунт пропускается электрический ток, в результате чего влага перемещается к отрицательному электроду, обеспечивая осушение. Этот метод подходит для участков со сложными условиями и может сочетаться с электрохимическим нагнетанием [5]. Химические методы включают в себя цементацию, силикатизацию, смолизацию, битумизацию и использование энзимов. Цементация применяется при необходимости повысить несущую способность за счёт введения цементного раствора, который связывает частицы грунта в единый массив. Струйная цементация, или струйная цементация грунта, позволяет разрушить грунт и одновременно насытить его цементной суспензией. Этот метод эффективен при глубинных работах и особенно актуален в условиях плотной городской застройки, когда невозможно использовать крупногабаритную технику. Силикатизация предполагает закачку в грунт раствора жидкого стекла. При взаимодействии с природными отвердителями образуется гель, который «цементирует» частицы грунта. Недостатками метода являются невысокая морозостойкость и необходимость точного расчета дозировки. Газовая силикатизация применяется для сильно увлажненных грунтов с использованием CO₂ в качестве отвердителя. Смолизация предполагает введение в грунт синтетических смол, чаще всего полиуретановых или карбамидных. Это обеспечивает быстрое отверждение и высокую прочность. Метод применяется для укрепления пылеватых и песчаных почв, но может быть токсичным из-за выделения формальдегида. Энзимное укрепление основано на применении ферментов, способных уменьшать поверхностное натяжение воды и увеличивать электростатическое сцепление между частицами грунта. Метод экологичен и применим при строительстве линейных объектов, но пока недостаточно изучен [3]. Битумизация — способ насыщения грунта битумом, который закупоривает поры и делает основание водонепроницаемым. В зависимости от условий применяется горячий или холодный метод. В первом случае используется расплавленный битум, во втором — водные битумные эмульсии. Метод применяется для укрепления скальных пород и песчаных почв в условиях высокого уровня грунтовых вод. При выборе метода укрепления необходимо учитывать множество факторов: тип и свойства грунта, глубину залегания слабых слоев, проектную нагрузку, гидрогеологические условия, доступность оборудования и бюджет. Например, если необходимо укрепить просадочный лессовидный грунт на небольшой глубине, подойдут методы виброуплотнения или замены основания. При строительстве в зоне повышенной влажности потребуется понизить уровень грунтовых вод и провести цементацию. Если работы выполняются в условиях ограниченного пространства, эффективными будут струйная цементация или геополимерное инъектирование. Также важно учитывать, что во многих случаях применяются комбинированные методы. Например, при строительстве дороги может быть выполнено армирование георешёткой в сочетании с заменой слабого грунта и последующим виброуплотнением. При усилении фундаментов существующих зданий применяются инъекционные методы, которые не требуют демонтажа или земляных работ [5]. По данным исследований ПНИПУ, у каждого метода есть свои оптимальные области применения. Так, вибропогружение эффективно на глубине до 12 метров, струйная цементация — до 25 метров. Использование буронабивных свай целесообразно при наличии пространственных ограничений и необходимости минимизировать вибрацию. Электроосмос особенно эффективен в супесях и суглинках, а методы замораживания позволяют работать даже в трещиноватых породах. Современные разработки, такие как геополимерное инъектирование, обладают рядом существенных преимуществ: скорость, экологичность, точность, возможность применения в ограниченных условиях. Раствор расширяется и затвердевает в течение 15–20 секунд, образуя плотный армированный массив. Метод позволяет выровнять просевшие участки пола, повысить несущую способность и устранить просадку без демонтажа покрытия или земляных работ [4]. Таким образом, выбор способа укрепления грунта — это комплексное инженерное решение, основанное на анализе условий и задач проекта. Современная строительная практика располагает широким спектром технологий, каждая из которых может быть адаптирована к конкретной ситуации. Комбинированное применение методов позволяет обеспечить надёжность, долговечность и безопасность сооружений на любом типе основания.
Библиографический список
| |||||
 |  |
