Методы строительства для решения проблем, связанных с заболоченными землями.
Заболоченные грунты — одна из наиболее распространенных проблем в строительных проектах, особенно в районах с неглубоким залеганием грунтовых вод, болотах, бывших рисовых полях или вблизи рек и побережий. Для этого состояния характерно высокое содержание воды в грунте, переменная проницаемость и низкая несущая способность. Без применения соответствующих методов заболоченные грунты могут вызывать проседание грунта, оползни, просачивание воды, повреждение конструкций, задержки проекта и перерасход средств. Поэтому выбор методов строительства для решения проблем, связанных с заболоченными грунтами, должен основываться на геотехнических исследованиях, гидрологических условиях и требованиях к проектированию конструкций.
Характеристики и риски заболоченных земель
С технической точки зрения, переувлажненные грунты часто связаны с высоким уровнем грунтовых вод и/или мелкозернистыми почвами, такими как глина и ил, которые удерживают воду в своих порах. В песчаных грунтах вода может стекать легче, что увеличивает риск «трубчатой» эрозии, или внутренней эрозии, вызванной потоком воды во время земляных работ. В насыщенных влагой глинистых грунтах основная проблема заключается в долговременной консолидации — грунт будет продолжать уплотняться по мере выдавливания поровой воды под весом здания, что приведет к постепенной осадке.
Основные риски, связанные с переувлажненными грунтами, включают: (1) низкую несущую способность, делающую небезопасными мелкозаглубленные фундаменты; (2) плохую устойчивость котлованов, при которой легко обрушаются стенки котлованов; (3) трудности с уплотнением насыпей, поскольку содержание воды превышает оптимальное; (4) просачивание воды, нарушающее целостность бетона и подземных сооружений; и (5) потенциальное разжижение насыщенного песка во время землетрясений. Поэтому обработка заключается не только в «осушении» грунта, но и в повышении его устойчивости и прочности.
Предварительное исследование как основа для метода
Первым шагом к определению успеха являются полевые и лабораторные исследования: зондирование грунта (CPT), зондирование грунта (SPT), бурение, измерение уровня грунтовых вод, испытания на проницаемость, а также физико-механические свойства грунта. Эти данные используются для определения глубины мягких слоев, толщины насыщенного грунта, потенциальной осадки и стратегий улучшения грунта или вариантов фундамента. Без достаточных данных выбранный метод рискует оказаться неэффективным или даже создать новые проблемы, такие как неравномерная осадка.
Метод обезвоживания (сушка на строительной площадке)
Осушение — наиболее распространенный метод контроля уровня грунтовых вод, позволяющий безопасно проводить земляные работы и закладку фундамента. К распространенным методам относятся:
1. Дренажный насос
Вода отводится в самую нижнюю точку котлована (резервуар), а затем откачивается. Этот метод прост и недорог, подходит для неглубоких котлованов с низким расходом воды. Однако в песчаных грунтах этот метод может вызвать мелкозернистую эрозию и поставить под угрозу устойчивость котлована, если расход воды слишком высок.
2. Система скважинных точек
Вокруг котлована устанавливается ряд водозаборных труб, после чего грунтовые воды откачиваются с помощью вакуумного насоса. Эта система эффективна для понижения уровня грунтовых вод на несколько метров, особенно в мелко- и среднезернистых песках. Водозаборные трубы широко используются при работах в подвалах, воздуховодах и подземных коммуникациях. Недостатком является более сложная установка и необходимость постоянного обслуживания насосов.
3. Глубокий колодец (Deep Well)
Погружные насосы устанавливаются в пробуренных скважинах для понижения уровня грунтовых вод на больших глубинах. Этот метод подходит для глубоких котлованов и больших площадей. Глубокие скважины эффективны в проницаемых грунтах, таких как песок и гравий. Необходим мониторинг, чтобы гарантировать, что падение уровня воды не вызовет проседания (опускания) окружающей территории, что может повлиять на соседние здания.
4. Комбинация отсечки и обезвоживания
В некоторых ситуациях осушение сочетается с водонепроницаемой отбойной стеной, такой как шпунтовая или диафрагменная стена, для уменьшения просачивания и снижения потребности в откачке воды. Такой подход часто выбирают в замкнутых пространствах или вблизи существующих зданий.
Методы стабилизации и улучшения грунта
Если основная проблема заключается не только в воде, но и в низкой несущей способности и значительной деформации, то необходимо улучшить грунт. Вот несколько распространенных и эффективных методов:
1. Предварительная загрузка и дополнительная плата
Для ускорения консолидации перед началом постоянного строительства насыщенный влагой мягкий грунт предварительно нагружается (временная насыпь). Этот метод уменьшает осадку после ввода здания в эксплуатацию. Часто он сочетается с такими измерительными приборами, как осадочные плиты и пьезометры, для контроля процесса консолидации.
2. Сборный вертикальный дренаж (PVD)
Вертикальные дренажные каналы (PVD) устанавливаются для ускорения отвода поровой воды из насыщенной глинистой почвы. PVD сокращают пути потока воды, ускоряя консолидацию. Этот метод популярен в проектах по строительству дорог, портов и рекультивации земель.
3. Химическая стабилизация (известь/цемент)
Чрезмерно влажную глинистую почву можно стабилизировать известью или цементом, чтобы уменьшить пластичность, повысить прочность и улучшить удобоукладываемость. Этот метод эффективен для неглубоких слоев, например, при ремонте дорожного основания. Для обеспечения однородности результата необходимо контролировать пропорции смеси и процесс смешивания.
4. Инъектирование (заполнение раствором)
Введение цемента, химических веществ или микроцемента может снизить проницаемость и повысить прочность грунта. Инъектирование часто используется для контроля фильтрации в котлованах, герметизации водотоков или укрепления грунта под существующими сооружениями. Это относительно дорогостоящий метод, но он подходит для ограниченных площадей и специфических нужд.
5. Каменная колонна и виброзамещение
В некоторых мягких грунтах установка каменных колонн улучшает дренаж, прочность на сдвиг и уменьшает осадку. Каменные колонны также действуют как естественные дренажные каналы. Этот метод эффективен для поддержки насыпей или мелкозаглубленных фундаментов, где это позволяют условия.
Подходящие методы устройства фундаментов для затопленных территорий
Когда улучшение грунта нерентабельно или не может гарантировать устойчивость, выбор фундамента становится ключевым моментом:
1. Свайный фундамент (свайный/буровой)
Сваи передают нагрузку на более прочные слои грунта на большой глубине. В заболоченных грунтах широко используются бетонные, стальные или буронабивные сваи. Бурение свай требует контроля уровня воды и бурового раствора (бентонита/полимера), чтобы предотвратить обрушение скважины. Хотя забивка свай относительно быстрая, необходимо учитывать вибрацию и шум.
2. Плитный фундамент с улучшением грунта.
Плитные фундаменты позволяют распределять нагрузки на большой площади и часто используются в малоэтажных и среднеэтажных зданиях. Однако в очень мягких насыщенных грунтах плитные фундаменты обычно необходимо комбинировать с вертикальным вертикальным креплением, предварительной нагрузкой или свайными фундаментами для контроля осадки.
3. Плавучая конструкция и отметка этажа
Для некоторых небольших проектов в очень влажных районах (например, болотистых местах) архитектурные подходы, такие как поднятие уровня пола здания на сваях и обеспечение хорошего поверхностного дренажа, могут быть практичным и экономически эффективным решением.
Контроль поверхностного дренажа
Помимо грунтовых вод, необходимо контролировать и поверхностные воды, образующиеся в результате дождей и стока. Временные дренажные каналы, наклонные участки земли, отстойники и геотекстиль для предотвращения засорения могут помочь поддерживать стабильность рабочей зоны. Контроль эрозии и заиливания также необходим для предотвращения загрязнения окружающей среды и повреждения близлежащих водоемов выбросами из насоса.
Мониторинг и управление рисками
Работа с переувлажненными грунтами почти всегда требует мониторинга: измерения уровня грунтовых вод, порового давления, деформации стенок котлована и проседания грунта. Мониторинг позволяет оперативно реагировать в случае аномалий, таких как резкое увеличение расхода насоса или превышение порогового значения движения грунта. Кроме того, особое внимание следует уделять технике безопасности, поскольку котлованы в переувлажненных грунтах подвержены оползням и скользким условиям, что может представлять риск проседания или падения.
заключение
Методы строительства, направленные на решение проблемы заболоченных грунтов, не являются универсальными. Системы водоотведения, такие как дренажные насосы, скважины и глубокие колодцы, эффективны для создания сухих рабочих условий, но должны быть адаптированы к типу грунта и риску фильтрации. Для мягких, насыщенных влагой грунтов улучшение грунта путем предварительной нагрузки, PVD-покрытия, химической стабилизации, каменных колонн или инъектирования часто является более комплексным решением, особенно для решения проблемы осадки и повышения несущей способности. Между тем, фундаменты — особенно свайные фундаменты или свайно-плитные системы — часто являются наиболее безопасным вариантом для передачи нагрузок на более прочные слои.
Благодаря надлежащим геотехническим исследованиям, правильному выбору методов и постоянному мониторингу можно эффективно решать проблемы строительства на заболоченных грунтах, обеспечивая безопасность, своевременное выполнение работ и длительный срок службы объектов.
