СП 291.1325800.2017 «Конструкции грунтоцементные армированные. Правила проектиро»

Введение

Настоящий свод правил разработан с учетом обязательных требований, установленных в Федеральном законе от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», Федеральном законе от 29 декабря 2004 г. № 190-ФЗ «Градостроительный кодекс Российской Федерации», Федеральном законе от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» и содержит основные геотехнические требования к проектированию армированных грунтоцементных конструкций в различных инженерно-геологических условиях и при любых видах строительства.

Разработан НИИОСП им. Н.М. Герсеванова и НИИЖБ им. А.А. Гвоздева институтами АО «НИЦ «Строительство»: кандидаты техн. наук И.В. Колыбин , Д.Е. Разводовский -руководители темы; кандидаты техн. наук: Х.А. Джантимиров , Ф.Ф. Зехниев , М.Н. Ибрагимов , А.В. Рытов , А.В. Скориков , В.В. Семкин , А.В. Шапошников , М.Я. Якобсон , инж. Д.А. Внуков , при участии д-ра техн. наук В.А. Ильичева , д-ра техн. наук Н.С. Никифоровой , д-ра геол.-минерал. наук А.Г. Шашкина , канд. техн. наук А.Г. Малинина , канд. техн. наук О.А.Маковецкого , инж. П.А.Малинина .

1Область применения

Настоящий cвод правил устанавливает основные геотехнические требования и распространяется на проектирование армированных грунтоцементных конструкций, выполняемых в грунте по методу струйной цементации и глубинного перемешивания при строительстве и реконструкции зданий и сооружений в талых грунтах.

Настоящий свод правил не распространяется на проектирование конструкций в грунте, изготавливаемых с помощью инъекционных технологий с применением цементов и микроцементов, а также иных вяжущих материалов.

2Нормативные ссылки

В настоящем своде правил приведены ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ 5686-2012 Грунты. Методы полевых испытаний сваями

ГОСТ 12071-2014 Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов

ГОСТ 21153.2-84 Породы горные. Методы определения прочности при одноосном сжатии

ГОСТ 24452-80 Бетоны. Методы определения призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона

ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения

ГОСТ 28570-90 Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций

ГОСТ 28985-91 Породы горные. Методы определения деформационных характеристик при одноосном сжатии

СП 16.13330.2017 «СНиП II-23-81* Стальные конструкции»

• СП 22.13330.2016 «СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений»
• СП 24.13330.2011 «СНиП 2.02.03-85 Свайные фундаменты» (с изменением № 1)
• СП 47.13330.2016 «СНиП 11-02-96 Инженерные изыскания для строительства. Основные положения»

СП 63.13330.2012 «СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения» (с изменениями № 1, № 2)

СП 103.13330.2012 «СНиП 2.06.14-85 Защита горных выработок от подземных и поверхностных вод»

Примечание - При пользовании настоящим сводом правил целесообразно проверить действие ссылочных документов в информационной системе общего пользования -на официальном сайте федерального органа исполнительной власти в сфере стандартизации в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный документ, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого документа с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого документа с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего свода правил в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку. Сведения о действии сводов правил целесообразно проверить в Федеральном информационном фонде технических регламентов и стандартов.

3Термины и определения

В настоящем своде правил применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1армированная грунтоцементная конструкция

Конструкция, состоящая из одного или нескольких армированных грунтоцементных элементов.

3.2армированный массив грунта

Естественный грунтовый массив, усиленный армирующими элементами.

3.3влажное механическое перемешивание

Процесс, включающий перемешивание грунта специальным буровым инструментом и его перемешивание со строительным раствором, включающим воду, связующие с наполнителями и добавками.

3.4глубинное перемешивание

Технология, позволяющая создавать грунтоцементные конструкции путем механического перемешивания грунтов в естественном залегании с твердеющим материалом без специального извлечения грунта на поверхность с помощью специального бурового устройства в процессе его погружения или извлечения с вращением.

3.5грунтоцемент, ГЦ

Грунт , з акрепленный путем его перемешивания с цементным раствором методом струйной цементации или глубинного перемешивания и имеющий механические характеристики, заданные проектом.

3.6грунтоцементный элемент; ГЦЭ

Объем грунта, закрепленный цементным вяжущим по методу струйной цементации или глубинного перемешивания, с приданием ему повышенной прочности и пониженной водопроницаемости, характеризуемый геометрическими параметрами и физико-механическими свойствами, назначенными при проектировании и подтвержденными опытными работами.

3.7грунтоцементные элементы с теряемыми буровыми штангами; ТБШ ГЦЭ

Технология устройства грунтоцементных элементов путем прямого бурения на проектную длину с размыванием грунта цементным раствором при использовании в качестве бурового инструмента теряемых стальных трубчатых штанг с накатанной винтовой поверхностью.

3.8конструкция грунтоцементная

Конструкция, состоящая из грунтоцементных элементов, устроенная в массиве грунта по методу струйной цементации или глубинного перемешивания , выполняющая определенные несущие и (или) ограждающие функции.

3.9прочность грунтоцемента

Количественный показатель прочности на одноосное сжатие закрепленного грунта, воспринимающего осевую статическую нагрузку до состояния разрушения.

струйная цементация (jet grouting)

Закрепление грунта технологиями, позволяющими разрушать грунт струей цементного раствора (jet1), или струей цементного раствора, усиленной воздушным потоком (jet2), или струей воды с последующей подачей цементного раствора (jet3) для смешения его с грунтом и создания элемента из закрепленного грунта, обладающего заданными прочностными свойствами.Источник: СП 22.13330.2016, 3.40

3.11сухое механическое перемешивание

Процесс, включающий перемешивание грунта специальным буровым инструментом с добавлением вяжущего вещества в виде порошка (без добавления воды).

3.12элемент закрепленного грунта

Объем грунта, закрепленного каким-либо технологическим способом, характеризуемый контролируемыми геометрическими параметрами и физико-механическими свойствами, назначенными при проектировании и подтвержденными опытными работами.Источник: СП 22.13330.2016, 3.44

4Общие положения

4.3Виды и способы устройства грунтоцементных элементов

⧉❝4.3.1

По способу устройства различают грунтоцементные элементы (ГЦЭ) следующих видов, изготавливаемые:

• способом струйной цементации грунтов;
• методом глубинного перемешивания;
• комбинированными способами с совместным применением струйной цементации и глубинного перемешивания.

⧉❝4.3.2

По функциональному назначению различают следующие виды ГЦЭ:

• отдельные элементы, выполняющие функцию закрепления грунтов для улучшения их физико-механических характеристик;
• элементы в составе армированного основания, выполняемые для обеспечения требуемых прочностных и деформационных характеристик основания в целом;
• элементы временных несущих и вспомогательных ограждающих конструкций котлованов;
• анкерные конструкции, работающие на выдергивающую нагрузку;
• элементы вертикальных и горизонтальных противофильтрационных завес;
• элементы вертикальных и горизонтальных геотехнических экранов;
• элементы временных и постоянных несущих конструкций основания, воспринимающих нагрузку от надфундаментных конструкций.

⧉❝4.3.3

Все виды грунтоцементных элементов как по способу изготовления, так и по своему функциональному назначению, следует подразделять на армированные и неармированные.

⧉❝4.3.4

Грунтоцементные конструкции устраиваются путем объединения нескольких грунтоцементных элементов. Конструкции могут включать в себя как неармированные, так и армированные элементы. Армирование осуществляется погружением армирующего элемента сразу после устройства грунтоцементного элемента.

Основные виды армирования грунтоцементных конструкций приведены на рисунке 4.1.

а - двутавром; б - трубой; в - теряемыми буровыми штангами с накатанной винтовой поверхностью

Рисунок 4.1 - Способы армирования грунтоцементных элементов

⧉❝4.3.5

Грунтоцементные конструкции могут выполняться из комбинации грунтоцементных элементов, расположенных: одиночно, в один, два, три ряда, по треугольной или квадратной сетке с заданным шагом, в виде ячеистой структуры, сплошным массивом. Основные виды грунтоцементных конструкций приведены на рисунке 4.2. а - одиночно; б - в один ряд; в - в два ряда; г - по треугольной сетке; д - по квадратной сетке; е - в виде ячеистой структуры; ж - сплошным массивом

Рисунок4.2 Способы устройства грунтоцементных элементов и конструкций

⧉❝4.3.6

Грунтоцементные элементы, выполняемые методом глубинного перемешивания, выполняются круглой формы. Для элементов, выполняемых по струйной технологии, по геометрической форме сечения различают:

• круглое сечение, полученное при вращении монитора с одинаковой угловой скоростью;
• сечение в виде эллипса, полученного при вращении монитора с различной угловой скоростью;
• ламели, сформированное при подъеме монитора без вращения (плоское сечение).

4.4Элементы, выполняемые способом струйной цементации грунтов

⧉❝4.4.1

Армированные грунтоцементные элементы, устраиваемые по методу струйной цементации, выполняются с помощью следующих основных операций:

• прямой ход: бурение лидерной скважины на проектную глубину;
• обратный ход: размыв в грунте по мере подъема инструмента (монитора) цилиндрической полости с одновременным перемешиванием грунта с цементным раствором (цементация);
• погружение армирующего элемента. а - бурение лидерной скважины до отметки низа элемента (прямой ход); б - устройство грунтоцементного элемента(обратный ход)

1 - буровая установка; 2 - цементный раствор

Рисунок 4.3 - Технология устройства грунтоцементных элементов

⧉❝4.4.2

Устройство грунтоцементных элементов методом струйной цементации в зависимости от грунтовых условий, назначения, требуемой прочности и фильтрационных свойств создаваемой грунтоцементной конструкции, может производиться по следующим технологиям:

• однокомпонентная технология -разрушение грунта производится струей цементного (цементно-бентонитового или цементно-глинистого) раствора;
• двухкомпонентная технология - для увеличения объема закрепляемого грунта используется дополнительно энергия сжатого воздуха, создающего искусственный воздушный поток вокруг струи раствора;
• трехкомпонентная технология - разрушение грунта производится водной струей в искусственном воздушном потоке, а цементный раствор подается в виде отдельной струи;
• модернизированные технологии.

⧉❝4.4.3

Для достижения большего диаметра грунтоцементных элементов допускается выполнять предварительный размыв грунта водой под давлением. Предварительный размыв может выполняться одновременно с бурением или при обратном ходе до цементации грунта.

⧉❝4.4.4

Выбор технологии струйной цементации зависит от назначения конструкции, требуемой прочности или иных показателей грунтоцемента, определенных проектом. Для уточнения технологических параметров, диаметра и прочности грунтоцемента следует назначать опытные или опытно-производственные работы.

⧉❝4.4.5

Диаметр грунтоцементных элементов в основном зависит от физикомеханических свойств грунтов, технологических параметров (скорости подъема, времени размыва, давления нагнетания раствора, формы и качества сопел, размера и числа форсунок).

Предварительно диаметр грунтоцементных элементов допускается принимать по таблице 4.1.

Таблица 4.1

Тип грунта	ТБШ ГЦЭ	Диаметр грунтоцементных элементов, мм, для технологии	Диаметр грунтоцементных элементов, мм, для технологии	Диаметр грунтоцементных элементов, мм, для технологии
Тип грунта	ТБШ ГЦЭ	однокомпонентной	двухкомпонентной	трехкомпонентной
Глинистые грунты	200-300	500-600	1000-1300	1000-1500
Песчаные грунты	300-400	600-1000	1100-2000	1200-2000
Гравелистые грунты	350-450	700-1100	1000-1500	2000-2400

Примечание - При использовании более мощных насосов, буровых колонн и специальных форсунок можно получить грунтоцементные колонны диаметром 3000-4000 мм.

⧉❝4.4.6

Длина грунтоцементных элементов ограничивается мощностью применяемой буровой установки при условии подтверждения возможности выполнения элемента на опытном участке.

Примечание - Допустимо назначение длины грунтоцементных элементов до 100 м.

5Механические характеристики грунтоцемента и выбор технологических параметров

5.1. Прочностные и деформационные характеристики грунтоцемента

⧉❝5.1.1

Расчеты армированных грунтоцементных конструкций следует выполнять с применением расчетных значений характеристик материалов и грунтов. Нагрузки и воздействия, учитываемые при проектировании, должны устанавливаться расчетом исходя из рассмотрения совместной работы сооружения и основания с учетом возможного их изменения на различных стадиях возведения и эксплуатации сооружения.

⧉❝5.1.2

Необходимые нормируемые показатели качества ГЦЭ следует устанавливать при проектировании конструкций в соответствии с расчетом и методами изготовления и эксплуатации конструкций с учетом воздействий окружающей среды и защитных свойств ГЦ по отношению к принятому виду армирующих элементов для армированных ГЦЭ.

⧉❝5.1.3

Для предварительных расчетов оснований зданий и сооружений повышенного и нормального уровней ответственности (до получения результатов опытных работ), а также временных грунтоцементных конструкций, допускается применять значения прочностных и деформационных характеристик грунтоцемента, приведенные в таблицах СП 22.13330. Технологические параметры следует уточнять по результатам опытно-производственных работ. При необходимости, следует выполнять корректировку проекта с уточнением фактических параметров закрепленного грунта.

⧉❝5.1.4

В качестве основных параметров механических свойств грунтоцемента следует устанавливать нормативные и расчетные значения прочностных, деформационных и других физико-механических характеристик, определяемые на основании результатов инженерных изысканий участка строительства с учетом сопоставимого опыта. При разработке проекта могут назначаться следующие прочностные и деформационные характеристики грунтоцементных элементов:

• прочность на одноосное сжатие Rstb ;
• угол внутреннего трения закрепленного массива ϕ stb ;
• сцепление закрепленного массива с stb ;
• модуль деформации Еstb , МПа;

⧉❝5.1.5

Прочность на одноосное сжатие и модуль деформации грунтоцемента должны определяться по ГОСТ 24452 и ГОСТ 28570. Другие характеристики определяются как производные значения от прочности по 5.1.10.

⧉❝5.1.6

Нормативные и расчетные показатели сопротивлению сжатию грунтоцемента, в связи с длительным набором прочности грунтоцемента в массиве, следует определять в возрасте 56 сут для песчаных и глинистых грунтов.

Допускается определение класса прочности грунтоцемента с использованием переходного коэффициента kt :

• для глинистых грунтов

• для песчаных грунтов

⧉❝5.1.7

Значение модуля деформации грунтоцемента Estb должно назначаться на основании отбора и испытания керна при проведении опытных работ. До проведения указанных испытаний при проведении численного моделирования при определении значения модуля деформации грунтоцемента Estb допустимо использовать формулу

При этом ks принимается равным 70-100 для глин и суглинков, 150-200 для супесей, 200-300 для песков пылеватых и мелких, 300-500 для песков средней крупности и крупных, 500-800 для песков гравелистых.

Для грунтоцементных элементов, изготовленных методом глубинного перемешивания, допускается использовать значения по приложению Е.

⧉❝5.1.8

Предварительно прочность на сжатие грунтоцементных элементов допускается принимать по таблице 4.2.

Таблица 4.2

Тип грунтов	Прочность на сжатие, МПа
Глинистые	0,5-3,0*
Илистые	5-25
Песчаные	3,0-15,0*
Гравелистые	5-30
Торф и ил	0,4-2,0*

Примечания

• 1 Прочностные характеристики грунтоцемента зависят от физикомеханических свойств грунта, а также от расхода цемента, определяемого, в том числе, применяемой технологией.
• 2 Характеристики грунтобетона, полученного при использовании двухкомпонентной технологии (jet2) по сравнению с однокомпонентной(jet1), ниже примерно на 10 %.
• 3 Для достижения максимальных значений показателей прочностных деформационных свойств цементогрунта необходимо принимать максимальный расход цемента на 1 м³ .

⧉❝5.1.9

Значение коэффициента Пуассона ν stb грунтоцемента должно приниматься равным 0,25.

⧉❝5.1.10

Прочностные характеристики грунтоцемента назначаются исходя из формул:

Значение угла внутреннего трения ϕ stb должно приниматься в диапазоне от 24 ° до 33 ° в соответствии с таблицей 5.1.

Таблица 5.1 Рекомендуемые значения угла внутреннего трения ϕ stb грунтоцемента в зависимости от его прочности

R stb , МПа	ϕ stb ,II	ϕ stb ,I
1	26	24
5	27	25
10	29	26
15	31	28
20	33	30

Для грунтоцементных элементов, изготовленных методом глубинного перемешивания, допускается использовать значения, приведенные в приложении Е.

⧉❝5.1.11

Расчетные значения сопротивления грунтоцемента осевому сжатию Rsb определяют по формуле

Значение коэффициента надежности для грунтоцемента при сжатии при расчете по первому предельному состоянию γ sb следует принимать равным 1,5 для грунтоцементных элементов, выполненных по методу механического глубинного перемешивания, и 1,75 для грунтоцементных элементов, выполненных по методу струйной цементации. При расчете по второму предельному состоянию γ sb следует принимать равным 1.

6Расчет грунтоцементных конструкций

6.1Основные указания по расчету грунтоцементных армированных конструкций

⧉❝6.1.1

Расчет армированных грунтоцементных конструкций должен быть выполнен в соответствии с ГОСТ 27751, СП 24.13330 и СП 22.13330 по предельным состояниям:

первой группы

а) по прочности материала закрепленного массива; б) по предельному сопротивлению грунта основания закрепленного массива; в) по потере общей устойчивости усиленных оснований при их расположении на склонах или при устройстве ограждений котлованов.

второй группы

а) по осадкам укрепленных оснований от вертикальных нагрузок; б) по перемещениям укрепленных оснований от действия горизонтальных нагрузок и моментов.

⧉❝6.1.2

Расчет армированных грунтоцементных конструкций должен проводиться с использованием апробированного и сертифицированного программного обеспечения на основании математических моделей, описывающих механическое поведение укрепленного массива. Допускается прямое определение усилий в армирующих элементах, если в расчетную область армирующие элементы и грунтоцемент введены раздельно.

⧉❝6.1.3

При составлении расчетной модели должны учитываться грунтовые условия площадки строительства и ее гидрогеологический режим. Расчетная модель должна учитывать особенности механического поведения укрепленного массива. Допускается описывать механическое поведение грунтоцемента как линейными, так и нелинейными моделями.

⧉❝6.1.4

Расчет армированных грунтоцементных конструкций по несущей способности необходимо выполнять на основные и особые сочетания нагрузок, по деформациям - на основные сочетания.

⧉❝6.1.5

Расчет неармированных грунтоцементных конструкций по прочности материала выполняется по СП 63.13330 с учетом формулы (5.6) как для неармированных бетонных конструкций. При этом принимается расчетное сопротивление на сжатие, определенное для грунтоцемента. Расчетное сопротивление на растяжение принимается равным нулю.

⧉❝6.1.6

При расчете армированных грунтоцементных конструкций в качестве геометрических параметров должны использоваться: отметки и уклоны поверхности грунта, уровней подземных вод, слоев грунта, котлованов и выемок в грунте; размеры грунтоцементных конструкций и элементов и их положение. При устройстве постоянных грунтоцементных конструкций следует учитывать, что отклонения геометрических размеров элементов, выполняемых по струйной технологии, фактически могут существенно отличаться от заданных проектом значений.

⧉❝6.1.7

Армированные грунтоцементные конструкции рассчитывают по прочности на действие изгибающих моментов, продольных сил, поперечных сил, крутящих моментов. Расчеты проводятся на основании требований раздела 6.9 СП 22.13330.2016 и СП 63.13330.

⧉❝6.1.8

При использовании метода струйной цементации на этапе проектирования в качестве предварительной оценки расхода цемента для достижения проектной прочности грунтоцемента допустимо использовать диаграммы, приведенные на рисунке 6.1. Для точной оценки прочностных свойств на опытном участке следует выполнять предварительные исследования характеристик укрепленного грунта в зависимости от содержания цемента. а - струйная цементация; б - глубинное перемешивание; в - глубинное перемешивание для лессовых грунтов

Рисунок 6.1 - Зависимость расхода цемента для обеспечения прочности грунтоцемента различных видов грунтов

Примечания

1 Прочность на сжатие грунтоцемента при расходе цемента более 500 кг/м³ определяется только на основании опытных работ.

• 2 Прочность грунтоцемента, получаемого по двухкомпонентной технологии, следует принимать на 10 % - 15 % меньше значений, указанных на графике.

⧉❝6.1.9

До выполнения опытно-производственных работ значение требуемой прочности на одноосное сжатие цементогрунта допускается назначать по расчетному расходу цемента на 1 м³ по графикам, приведенным на рисунке 6.1.

• где kw - коэффициент перехода от содержания цемента в грунтоцементе к расходу цемента для получения материала с заданным содержанием цемента (значение прочности по проекту), принимается на этапе проектирования равным 1.1-1,33 для струйной цементации грунтов и 1,0 - для глубинного перемешивания;
• Ncc - проектное содержание цемента в грунтоцементе для получения требуемой прочности, принимаемое на этапе проектирования по графикам на рисунке 6.1 и уточняемое по результатам лабораторных и опытно-производственных работ, кг/м³ . При проектировании грунтоцементных элементов в слабых, агрессивных, заторфованных и иных грунтах, а также при необходимости полного замещения грунта проектное содержание цемента Ncc следует задавать по объему замещаемого грунта, а при неполном замещении, но повышенных требованиях по прочности, по результатам лабораторных работ с корректировкой по результатам опытных работ.

6.3Расчет внецентренно нагруженных армированных грунтоцементных элементов

⧉❝6.3.1

Расчет внецентренно загруженных армированных грунтоцементных элементов производят в случае восприятия элементами значительных вертикальных и горизонтальных нагрузок в основном при усилении существующих фундаментов в соответствии с требованиями подраздела 7.3. Допустимы совместная и несовместные схемы учета работы грунтоцемента в соответствии с 6.2.2.

⧉❝6.3.2

При расчете отдельных внецентренно сжатых армированных грунтоцементных элементов по совместной схеме следует учитывать случайный эксцентриситет ea , принимая eго не менее 1/25 значения диаметра грунтоцементного элемента.

⧉❝6.3.3

Проверка прочности армирующего элемента при несовместной схеме осуществляется на основании прямых расчетов с определением усилий в армирующем элементе.

⧉❝6.3.4

Расчет по прочности материала грунтоцементных элементов, производится по формуле

где Fmg - несущая способность грунтоцементного элемента по материалу, кН; γ m = 0,9 - коэффициент условия работы грунтоцемента;

Rb - расчетное сопротивление грунтоцемента осевому сжатию, кПа;

Ab - площадь поперечного сечения грунтоцементного элемента, м² ;

Ra - расчетное сопротивление металла сжатию, кПа;

Aa - площадь поперечного сечения армирующего элемента, м² .

6.4Особенности учета грунтоцементных конструкций при проведении фильтрационных расчетов и гидрогеологическом прогнозе

⧉❝6.4.1

Сплошные грунтоцементные конструкции и экраны допустимо использовать в качестве вертикальных и горизонтальных противофильтрационных экранов. Толщина противофильтрационного экрана зависит от прочности грунтоцемента, градиента напора, глубины котлована.

⧉❝6.4.2

Наличие грунтоцементных конструкций должно учитываться при проведении гидрогеологического прогноза и при расчетах притока грунтовых вод в котлован. Указанные расчеты должны проводиться по результатам предварительной гидрогеологической схематизации и уточняться на основании работ на опытном участке.

⧉❝6.4.3

Прогноз изменения гидрогеологических условий, вызванного устройством ограждения из грунтоцементных свай, полностью или частично перекрывающего водоносные горизонты (комплексы), следует выполнять методом математического моделирования фильтрации. Математическое моделирование для решения этой задачи всегда должно осуществляться в полной постановке («в напорах»).

⧉❝6.4.4

Взаимное влияние проектируемого сооружения и подземных вод отсутствует, если ограждение из грунтоцементных свай располагается выше уровня подземных вод (УПВ). Практически полное отсутствие взаимовлияния проектируемого сооружения и подземных вод характерно также для незначительного (менее 30 %) перекрытия водоносного пласта ограждением котлована из грунтоцементных свай при расположении подошвы фундамента сооружения выше УПВ.

⧉❝6.4.5

Размер области влияния строительных мероприятий при рассмотрении задачи строительного водопонижения или защитных постоянных дренажей, в которую включены противофильтрационные экраны из грунтоцементных элементов, рекомендуется определять с применением аналитических зависимостей, приведенных в СП 103.13330. Выбор соответствующей конкретной зависимости для проведения этого расчета определяется особенностями построенной предварительной гидрогеологической схемы, а также плановой конфигурацией водопонизительных и дренажных систем.

⧉❝6.4.6

Гидрогеологический прогноз, включающий в себя противофильтрационные грунтоцементные конструкции, должен осуществляться на основании геофильтрационной схематизации, в которой осуществлен переход от гидрогеологической схемы к фильтрационной схеме, представляющей все гидрогеологические закономерности в гидродинамической постановке. Фильтрационная схема составляется на основе анализа всего комплекса количественных и качественных гидрогеологических показателей.

Геофильтрационная схематизация должна включать в себя следующие основные разделы:

• обоснование режима потока во времени;
• обоснование пространственной структуры потока;
• обоснование граничных условий потока;
• обоснование распределения внутренних источников и стоков;
• обоснование пространственного распределения фильтрационных параметров.

На этапе геофильтрационной схематизации должны быть обоснованы фильтрационные характеристики ограждения из грунтоцементных свай. Оптимальным является их задание на основе натурных определений проницаемости ограждения на площадке строительства. В случае отсутствия натурных данных допускается задание для ограждения следующих значений параметра перетока (отношение коэффициента фильтрации грунтоцементного материала к толщине ограждения):

• 0,05 сут -1 (для 2-рядного ограждения) и 0,01 сут -1 (для 3-рядного ограждения) - при расчетах строительного водопонижения и постоянных дренажей;
• 1∙10 -6 сут -1 - при расчетах барражного эффекта.

⧉❝6.4.7

Толщина противофильтрационного экрана Δ b должна определяться из условия фильтрационной прочности материала по формуле

где γ п - коэффициент надежности для диафрагм и завес, принимаемый равным 1,5 -для временных конструкций; 2,0 -для постоянных конструкций;

Δ H - перепад уровней воды перед и за противофильтрационной диафрагмой или завесой;

• Jkp - критический градиент напора, при котором наступает разрушение материала диафрагмы и завесы.

⧉❝6.4.8

Толщина горизонтального противофильтрационного экрана с учетом пригруза грунта из условия всплытия определяется по формуле

где Нw - гидростатическое давление на подошву горизонтального экрана в естественных условиях; gw - объемный вес воды, т/м³ ; gjet - объемный вес грунтоцемента, т/м³ ; hjet - расчетная мощность горизонтальной завесы и грунтового пригруза, м.

Мощность горизонтальной противофильтрационной завесы из грунтоцемента должна составлять не менее 1,5 м.

⧉❝6.4.9

Грунтовый пригруз может отсутствовать для небольших шахт диаметром (или шириной) не более 10 м.

⧉❝6.4.10

Толщина защитного слоя армирующих элементов временных конструкций не регламентируется. Толщина защитного слоя грунтоцемента в постоянных конструкциях должна составлять не менее 60 мм.

7Требования по устройству грунтоцементных конструкций

7.2Проектирование горизонтальных грунтоцементных дисков и противофильтрационных экранов, устраиваемых с помощью технологии струйной цементации

⧉❝7.2.1

Горизонтальные грунтоцементные диски могут использоваться в следующих целях:

• в качестве временных распорных конструкций, устраиваемых до начала экскавации котлована;
• в качестве горизонтальных экранов - при отсутствии на площадке водоупора, в который может быть заглублена ограждающая конструкция котлована.

⧉❝7.2.2

Грунтоцементные диски эффективны в качестве временных распорных конструкций в слабых грунтах, для уменьшения осадки окружающей застройки при экскавации глубоких котлованов, для уменьшения длины ограждающей конструкции котлована в условиях отсутствия водоупора для заглубления ограждающей конструкции котлована.

⧉❝7.2.3

Горизонтальные грунтоцементные диски допускается проектировать неармированными. Допускается применять вертикальное армирование для уменьшения усадки грунтоцементных элементов.

⧉❝7.2.4

Горизонтальные грунтоцементные диски должны формироваться из грунтоцементных элементов, располагающихся по треугольной сетке.

Шаг элементов для горизонтальной противофильтрационной завесы по треугольной сетке рассчитывается по формуле

где I - шаг элементов;

D - диаметр грунтоцементных элементов; δ - возможное отклонение от вертикали (1 % -5 %);

H - максимальная глубина бурения.

Отношение шага к диаметру элемента ( I / D ) рекомендуется принимать равным 0,5-0,7.

⧉❝7.2.5

Расчет горизонтального грунтоцементного диска, используемого в качестве распорной конструкции котлована, ведется как конструкции, работающей на сжатие. При проведении численного моделирования допускается описание его механического поведения путем использования модели упругой среды.

⧉❝7.2.6

Толщина грунтоцементного диска должна определяться расчетом. Применение конструкции толщиной менее 1,0 м не рекомендуется. При высоких значениях гидростатического давления в основании допускается применение анкеровки противофильтрационной завесы с помощью грунтоцементных анкерных конструкций.

⧉❝7.2.7

При использовании грунтоцементного диска в качестве противофильтрационного экрана в проекте следует предусматривать дополнительные мероприятия для уменьшения притоков грунтовых вод в разрабатываемый котлован проведение дополнительной цементации.

⧉❝7.2.8

Расчет противофильтрационного экрана из грунтоцемента выполняется в соответствии с 6.4.8.

⧉❝7.2.9

Проектное значение прочности грунтоцемента, необходимое для обеспечения устойчивости против размыва и суффозии, должно быть не менее 0,5 МПа.

7.5Проектирование ограждений котлованов из грунтоцементных элементов

⧉❝7.5.1

При проектировании ограждений котлованов грунтоцементные конструкции могут выполнять как функцию ограждения котлована, так и функцию забирки при устройстве иных несущих элементов.

⧉❝7.5.2

Усилия в грунтоцементных элементах, выполняющих функции ограждения котлована, должны определяться в соответствии с СП 22.13330 и 6.2. Допускается определять усилия в армирующих элементах путем решения задачи плоской деформации непосредственным введением в расчетную схему элементов, моделирующих грунтоцемент, и армирующих элементов (рисунок 7.1). При этом коэффициент условий работы по контакту грунтоцемента и примыкающего грунта допускается принимать равным 1,0 в связи с неровной поверхностью грунтоцементного элемента. Прочностные показатели цементогрунта допускается принимать по разделу 5.

1 - грунтоцементный элемент; 2 - армирующий элемент

Рисунок 7.1 - Расчетная схема для решения задачи определения усилий в армирующих элементах

⧉❝7.5.3

Для временного и постоянного ограждений котлованов допустимо использовать ограждающие конструкции, устроенные из одного или нескольких рядов вертикальных грунтоцементных элементов.

⧉❝7.5.4

В случае создания противофильтрационной завесы шаг элементов для ограждения котлована рассчитывается по формуле

где I - шаг элементов;

D - диаметр грунтоцементных элементов; δ - возможное отклонение от вертикали (1 % - 5 %);

H - максимальная глубина бурения.

Отношение шага к диаметру элемента ( I / D ) обычно составляет 0,5-0,7.

⧉❝7.5.5

Конструкции из нескольких рядов грунтоцементных элементов должны рассчитываться только на основании решения задачи плоской деформации. Не допускается использование упрощенных расчетных схем.

8Опытные и контрольные работы

АПриложение А. Технологическая схема производства работ по технологии глубинного перемешивания грунтов

А.1 Выполнение работ по способу глубинного перемешивания состоит в механическом перемешивании грунта и цемента и создании грунтоцементных элементов механическим образом. Во время погружения бурового инструмента производится рыхление и размельчение грунта на необходимую глубину. В процессе извлечения в грунт подается связующее вещество. Вращением в горизонтальной плоскости производится перемешивание грунта со связующим веществом. Связующее вещество может подаваться как на стадии погружения рабочего инструмента, так и на стадии возврата.

Глубинное смешивание может осуществляться двумя различными способами:

• сухим, при котором связующее подается с помощью сжатого воздуха;
• влажным, при котором связующее подается в виде раствора.

При сухом способе в качестве связующего используют смесь цемента и негашеной извести. Для подачи (введения) связующего в грунт используют воздух. Влажность грунта должна быть > 20 %.

При влажном способе смешивания в качестве связующего чаще всего используют цемент.

Сухое смешивание применяется, в первую очередь, для улучшения механических характеристик связных грунтов, влажный способ может также применяться для закрепления песчаных грунтов.

1 - емкость для воды; 2 - комплект силосов для вяжущего и добавок; 3 - растворосмеситель; 4 - насос; 5 -буровая установка

Рисунок А.1 - Технологическая схема глубинного перемешивания грунта а - установка бурового оборудования в рабочее положение; б - погружение в грунт смесителя до проектной отметки вращательным бурением и нагнетание цементного раствора через смеситель для смешения с грунтом; в - повторные циклы погружения и извлечения смесителя; г - погружение армирующих конструкций (отдельные стальные стержни, арматурные каркасами, стальные балками или трубы); 1 - раствор; 2 - армирующие конструкции

Рисунок А.2 - Технологическая схема глубинного перемешивания грунта

БПриложение Б. Состав проекта по устройству грунтоцементных элементов

Б.1 Разработка проекта с использованием армированных грунтоцементных элементов должна выполняться в соответствии с требованиями единой системы конструкторской документации и действующих нормативных документов, оформление чертежей должно соответствовать требованиям национальных стандартов системы проектной документации для строительства.

• Б.2 Проект должен включать в себя следующие разделы:
• конструктивные решения;
• проект организации строительства;
• технические решения по проведению работ на опытном участке;
• иная документация.

Б.3 Проектная документация должна состоять из текстовой и графической частей.

Текстовая часть должна включать в себя сведения по возводимому объекту, описание геологических условий, а также технических решений, пояснения, ссылки на нормативные и (или) технические документы, используемые при подготовке проектной документации и результаты расчетов, обосновывающие принятые решения. Требования по проведению работ на опытном или опытно-производственном участке должны содержать перечень контролируемых и уточняемых параметров. Графическая часть должна отображать принятые технические решения в виде чертежей, схем, планов.

• Б.4 Проектная документация на армированные грунтоцементные конструкции должна разрабатываться специализированной организацией, имеющей опыт проектирования грунтоцементных конструкций.

Разработанные конструктивные решения должны включать в себя:

• описание и обоснование конструктивных решений и расчетных схем по грунтоцементным конструкциям, принятых при расчете строительных конструкций:
• геометрические характеристики грунтоцементных конструкций (диаметр, угол наклона, длина, шаг);
• требуемые значения показателей прочностных и деформационных свойств грунтоцемента (прочность на одноосное сжатие или модуль деформации);
• значения расчетных нагрузок на грунтоцементную конструкцию (вертикальные, горизонтальные, выдергивающие, изгибающие моменты);
• деформации оснований и грунтовых массивов, включающих в себя грунтоцементные конструкции (вертикальные, горизонтальные, крены);
• расчетные технологические параметры изготовления грунтоцементных конструкций (давление, расход цемента).

Б.5 Раздел «Проект организации строительства» для проектирования фундаментных конструкций и оснований из ГЦЭ разрабатывается как для нового строительства, так и для реконструкции или иных условий (мероприятия для существующих объектов при необходимости их усиления или защиты от различного вида воздействий) и состоит из пояснительной записки, графической части и технологического регламента выполнения работ по устройству конструкций из ГЦЭ.

В технологическом регламенте указываются:

• расчетные технологические параметры изготовления ГЦЭ;
• очередность выполнения работ по устройству ГЦЭ на объекте;
• требования (задание) на выполнение опытных работ;
• требования по контролю качества ГЦЭ на этапе опытных работ и основных работ по изготовлению ГЦЭ.

Б.6 Раздел «Иная документация» для проектирования фундаментных конструкций и оснований из ГЦЭ разрабатывается для сохранности окружающей застройки, иных защитных и вспомогательных мероприятий при новом строительстве или реконструкции и состоит из:

• пояснительной записки, включающей разделы по Б.3настоящего приложения;
• графической части, учитывающей требования Б.3 настоящего приложения;
• отчетных материалов опытных работ, если они предусмотрены на этапе изысканий.

Б.7 Графическая часть проектной документации на грунтоцементные конструкции, изготавливаемые по технологии глубинного перемешивания грунтов, в общем виде, должна содержать:

• масштабные инженерно-геологические планы и характерные разрезы с нанесением осей объекта капитального строительства, проектных контуров и размеров зон устройства грунтоцементных элементов и их абсолютных отметок, а также данные по физикомеханическим свойствам грунтов;
• план расположения грунтоцементных конструкций с привязкой их осей к осям объекта капитального строительства, конструктивные разрезы с привязкой к инженерногеологическим условиям (колонкам), спецификации грунтоцементных конструкций (номер, угол наклона, отметка верха и низа конструкции, диаметр, длина, число, общая длина), ведомости объемов работ и материалов.

ВПриложение В. Вяжущие вещества, применяемые при глубинном перемешивании

Таблица В.1

При влажном смешивании в большинстве случаев применяется обычный портландцемент. Для грунтов с высоким содержанием органики или для слабых глинистых грунтов могут применяться особые связующие. Смеси зольной пыли, гипса и цемента могут применяться, если требуется прочность обрабатываемого грунта 1-3 МПа.

ГПриложение Г. Устройство армированных грунтоцементных элементов

Грунтоцементный элемент с развитой боковой поверхностью имеет значительное предельное сопротивление грунтового основания, при этом может наблюдаться дефицит прочности по материалу. Армирование позволяет сблизить значения сопротивления грунтового основания и прочности ствола и добиться за счет этого оптимальных с точки зрения материалоемкости проектных решений.

Г.1 Преимущество железобетонных элементов по сравнению с металлическими (при их использовании в качестве постоянных конструкций) заключается в их коррозионной стойкости в неоднородном высокопористом материале, каким является грунтоцемент. Второе преимущество - возможность оснащать сердечники «рубашками» для образования антисейсмического и разделительного зазоров на части боковой поверхности.

• Г.2 Армированные грунтоцементные комбинированные сваи целесообразно применять в следующих случаях:
• ленточных и групповых фундаментов под сильно нагруженные сооружения больших размеров в плане;
• безростверковых свайных фундаментов;
• свайных фундаментов с высоким ростверком, в том числе свай-колонн, в том числе в мерзлых грунтах;
• свай в проседающих и оседающих массивах, в том числе на намывных территориях;
• свайных фундаментов в сейсмических районах.
• Г.3 Сборный железобетонный высокопрочный сердечник позволяет заменить буровую сваю значительно большего сечения, при этом, грунтоцементный элемент в песчаных грунтах обеспечивает высокое предельное сопротивление.
• Г.4 Задача уменьшения негативного трения в оседающих и проседающих массивах грунта существенно упрощается за счет возможности размещения на части длины сердечников разделительного антифрикционного слоя из поролона, пенополистирола и др.

В сейсмических районах разделительный слой расчетной толщины на боковой поверхности сердечников позволяет создавать эффект «гибкого» подземного этажа и снижения сейсмических нагрузок.

Г.5 Армирование стальными арматурными стержнями или сварными каркасами допускается для временным конструкций, например, ограждений котлованов. Для постоянных конструкций следует применять мероприятия по антикоррозионной защите металла. В частности, пластиковые гофрированные трубки, заполненные цементным или полимерцементным раствором, надежно защищают арматуру и повышают коэффициент использования за счет увеличения площади боковой поверхности металлического сердечника. Металлические сердечники из проката черных металлов могут защищаться оцинкованием или специальными покрытиями.

а - схема комбинированной сваи с сердечником; б - схема комбинированной сваи в намывных и просадочных грунтах; в - схема комбинированной сваи с железобетонной колонной в качестве сердечника; г - схема комбинированной сваи с защитой арматурного сердечника

1 - ГЦЭ; 2 - железобетонный сердечник; 3 - гофрированная пластиковая защитная труба; 4 мелкозернистый бетон; 5 - стальной арматурный стержень периодического профиля

Рисунок Г.1 - Типы армирующих элементов

ДПриложение Д. Определение длины и сплошности грунтоцементного элемента геофизическими методами

Определение длины и сплошности грунтоцементного элемента без выбуривания кернов может выполняться сейсмоакустическими методами.

Основной метод проведения испытаний по определению длины и сплошности грунтоцементного элемента - проверка эхо-тестером. Он основан на измерении времени между интервалами излучения упругой продольной волны в грунтоцементном элементе и прихода отраженных волн. Отраженная продольная волна возникает в местах изменения механического импеданса (механический импеданс пропорционален скорости продольной волны в свае и площади поперечного сечения). В однородном грунтоцементном элементе скорость постоянна и там, где находится нижний конец сваи, происходит отражение волны. В случае нарушения сплошности грунтоцементного элемента фиксируется локальное отражение сигнала.

Длина грунтоцементного элемента L вычисляется, исходя из измеренных интервала времени Δ t и скорости распространения продольной волны в грунтоцементе Vp . Скорость распространения продольной упругой волны в грунтоцементе Vp принимается равной 3600 м/с.

Для проведения испытаний применяется выровненная горизонтальная поверхность оголовка грунтоцементного элемента. Приемник эхо-тестера устанавливается и закрепляется на поверхности. Возбуждение упругой продольной волны выполняется механическим воздействием темпером (молотком) по поверхности в продольном направлении. Фиксируется интервал времени между начальным воздействием и приходом отраженного эхо-сигнала. Измерение выполняется с повторяемостью не менее шести раз в разных местах сечения, с накоплением данных по одной точке 6-8 раз. Точность определения длины грунтоцементного элемента зависит от шага квантования сигнала, равного 20 мкс и составляет 0,1 м. Прохождение сейсмоакустического сигнала по телу грунтоцементного элемента фиксируется с помощью рефлектограммы (пример рефлектограммы приведен на рисунке Д.1 (приложение Д)) по которой определяется сплошность материала.

Рисунок Д.1 - Пример рефлектограммы прохождения сейсмоакустического сигнала по грунтоцементному элементу длиной 39 м

Дополнительный контрольный метод определения длины грунтоцементного элемента - метод регистрации дифрагированной волны.

При распространении по телу грунтоцементного элемента упругой продольной волны, нижнее сечение элемента является источником дифрагированной волны, распространяющейся к поверхности земли. Измеряя время прохождения дифрагированной волны от низа грунтоцементного элемента до приемника на поверхности земли можно определить длину грунтоцементного элемента

где Vr - скорость распространения упругих волн в грунте от нижнего сечения до поверхности земли, определяется на испытательной площадке; t r - время распространения упругих волн в грунте от нижнего сечения до поверхности земли

где Vp - скорость распространения упругих волн в грунтоцементном элементе от верхнего до нижнего сечения; t 0 - суммарное время распространения упругих волн от верхнего сечения до земной поверхности.

Фиксирование прихода дифрагированной волны на поверхности выполняется с помощью размещенных в линию вертикально ориентированных сейсмодатчиков и записывающей сейсмостанции высокой частоты дискретизации (15 кГц). Число приемных датчиков 8-10 шт., расстояние между датчиками 2,0 м. Возбуждение упругой продольной волны выполняется механическим воздействием темпером (молотком) по горизонтальной поверхности оголовка грунтоцементного элемента в продольном направлении. Фиксируется интервал времени между начальным воздействием и приходом дифрагированной волны. Измерение выполняется с повторяемостью не менее шести раз, без изменения расстановки сейсмоприемников. Точность определения длины грунтоцементного элемента составляет 0,1 м. Прохождение сейсмоакустического сигнала в грунте регистрируется на сейсмограмме (пример сейсмограммы приведен на рисунке Д.2 (приложение Д)).

Рисунок Д.2 - Пример сейсмограммы с регистрацией дифрагированной волны

ЕПриложение Е. Прочностные и деформационные характеристики грунтоцемента, полученного методом глубинного перемешивания

Таблица Е.1 Ориентировочные значение модуля деформации грунтоцемента Еstb , МПа, из грунтов, укрепленных портландцементом ПЦ 500 (при обработке грунта глубинным перемешиванием)

Таблица Е.2 Расчетные характеристики грунтоцемента из грунтов, укрепленных портландцементом ПЦ 500 (при обработке грунта глубинным перемешиванием)