Предварительная нагрузка – это экономичный и эффективный метод улучшения грунта, который может уменьшить оседание и увеличить несущую способность мягкого грунта. Другими словами, предварительная нагрузка ускоряет оседание грунта перед строительством сооружения. Обычно для повышения эффективности метода используется сочетание предварительной нагрузки и вертикальных дрен.
Функция вертикальных дрен заключается в сокращении продолжительности обработки грунта. Предварительная нагрузка вытесняет воду из почвенной матрицы, способствуя консолидации почвы. Предварительная нагрузка с помощью вертикальных дрен позволяет использовать более дешевый мелкозаглубленный фундамент. Мягкий грунт характеризуется низкой прочностью и высокой сжимаемостью и, следовательно, обладает низкой несущей способностью.
Предварительная нагрузка без вертикальных дрен и предварительная нагрузка с вертикальными дренами
Как использовать предварительную нагрузку для повышения несущей способности грунта?
Пучение – это предварительная нагрузка на мягкий грунт путем приложения к нему временной нагрузки. Напряжение, вызванное приложенной нагрузкой, должно быть как минимум равно или больше величины ожидаемых проектных напряжений.
Предварительная нагрузка увеличивает давление поровой воды в начале, но дренаж воды создает пустоты, которые сжимаются под действием временной нагрузки.
Для повышения эффективности метода используется комбинация предварительной нагрузки и вертикальных дренажей.
Предварительная нагрузка с вертикальным дренажом подходит для неорганических алевритов и глин с низкой и средней проницаемостью, разложившегося торфа, органических слоев, дражных отвалов, измененных связных отложений, глинистых и алевритовых песков.
Консолидация сжимаемого грунта может занять до двух лет в зависимости от толщины слоя мягкого грунта.
Однако размещение вертикальных дрен или искусственных дренажных путей в мягкой почве для обеспечения движения воды к почвенной матрице существенно сокращает продолжительность улучшения почвы.
Вертикальные дрены сокращают путь воды из почвенной матрицы. Вода стекает горизонтально в вертикальные дрены, а затем отводится вертикально на поверхность.
Вертикальные дрены позволяют вписать предварительную нагрузку в график строительства.
Предварительная нагрузка позволяет использовать более дешевый мелкозаглубленный фундамент вместо дорогостоящего глубокого фундамента, см. рис. 2.
Временная нагрузка снимается, когда достигается 90% ожидаемой осадки, и в грунте не остается давления поровой воды.
Ожидаемая осадка может быть оценена по методу Asaoka (1978).
Практически, величина дополнительной нагрузки и график строительства определяют продолжительность, в течение которой дополнительная нагрузка должна оставаться на своем месте.
Увеличение времени временной перегрузки или увеличение размера перегрузки уменьшит или почти устранит вторичное оседание мягкого грунта.
Вертикальные дренажи, показанные на рисунке 4, могут представлять собой пластиковые стержни, обтянутые геотекстилем. Он должен принимать воду из почвы вокруг него и отводить ее.
Гидравлическая проводимость почвы вокруг вертикальных дрен определяет, как вода поступает в вертикальные трубы и, следовательно, уменьшает давление поровой воды.
Глубина вертикальных дрен находится в пределах предельного напряжения до консолидации, так как напряжение от временной нагрузки уменьшается с глубиной.
Если ниже границы предельного напряжения консолидации находится предыдущий слой почвы, проложите вертикальные дрены в пористом слое почвы.
Распределите вертикальные дренажи по всей площади основания здания и на небольшом расстоянии за его пределами, чтобы избежать дифференциального оседания, которое может увеличить продолжительность консолидации.
При проектировании вертикальных дренажей можно исходить из однородного слоя почвы.
При проектировании вертикальных дрен необходимо оценить свойства грунта (коэффициент консолидации для горизонтального дренажа и коэффициент проницаемости для горизонтального просачивания) при максимальном вертикальном эффективном напряжении, которое должно оказываться на мягкий грунт в полевых условиях.
Зона влияния дренажа зависит от расстояния между дренами. При квадратной планировке расстояние между вертикальными дренами, умноженное на 1,13, дает зону влияния дренажа. При треугольной схеме зона влияния дренажа равна времени 1,05.
Треугольная схема обеспечивает более равномерную консолидацию между дренами по сравнению с квадратной схемой. Тем не менее, квадратная схема имеет большую простоту и контроль в полевых условиях, см. рисунок 3.
Предварительная нагрузка снижает стоимость фундамента
Схема расположения вертикальных дренажей
Дренажные трубы
Установка вертикальных дрен
Вопросы и ответы
Что такое метод предварительной нагрузки?
Предварительная нагрузка – это экономичный и эффективный метод улучшения грунта, который может уменьшить оседание и увеличить несущую способность мягкого грунта. Другими словами, предварительная нагрузка ускоряет оседание грунта перед строительством сооружения. Обычно для повышения эффективности метода используется сочетание предварительной нагрузки и вертикальных дрен.
Какова функция вертикальных дрен в методе предварительной нагрузки?
Функция вертикальных дрен заключается в сокращении продолжительности обработки грунта.
Какие типы почв можно улучшить с помощью предварительной нагрузки с вертикальными дренами?
Предварительная нагрузка с помощью вертикальных дренажей подходит для неорганических алевритов и глин с низкой или умеренной чувствительностью, разложившегося торфа, органических слоев, дражных отвалов, измененных связных отложений, глинистых и алевритовых песков.
Сколько времени занимает консолидация сжимаемого грунта методом предварительной загрузки?
Консолидация сжимаемой почвы может занять до двух лет в зависимости от толщины мягкого слоя почвы.
Каковы общие схемы установки вертикальных дрен?
Существуют две распространенные схемы установки вертикальных дрен: треугольная и квадратная.
Как улучшить свойства почвы методом вакуумной предварительной загрузки?