СПРАВОЧНИК. Закрепление грунтов. Статья

Часто строители сталкивается с необходимостью возведения объектов в местах, где производство работ невозможно без закрепления грунта вблизи уже существующих сооружений, а также при необходимости устройства фундаментов на пористых, сыпучих и малопрочных грунтах.

В процессе инъецирования реагентов в грунт и их дальнейшего твердения, между частицами грунта возникают прочные структурные связи, что приводит к снижению показателей водопроницаемости и сжимаемости, а так же к увеличению прочности грунтов.

Закрепление грунтов непосредственно связано с преобразованием свойств естественно залегающих грунтов физико-химическими способами. По способу закрепления принято выделять несколько методов, которые кардинально отличаются друг от друга.

Цементация грунтов

Данный метод применяют для упрочнения насыпных грунтов, песков и галечниковых отложений при коэффициенте фильтрации упрочняемых грунтов более 80 м/сут., также для заполнения карстовых пустот и закрепления трещиноватых скальных грунтов.Технология метода заключается в следующем. В пробуренные скважины опускают инъекторы, представляющие собой трубы диаметром от 25 до 100 мм перфорированные в нижней части. Данный метод также позволяет использовать забивные инъекторы. После погружения инъектора в скважину или грунт в него под давлением подается вода, что позволяет промыть инъектор и скважину. Затем вода замещается цементным раствором, который проникает в грунт и цементирует его. Цементный раствор состоит из цемента и воды в водоцементном отношении от 0,4 до 1,0.

При цементации пустот и закреплении трещиноватых скал применяют раствор с добавлением песка и небольшим водоцементным отношением. В процессе опытных работ устанавливают все показатели: радиус закрепления грунта, давление нагнетания и расход цементного раствора, прочность зацементированных грунтов.

Силикатизация грунтов

Рассмотрим двухрастворный способ силикатизации. Данный метод применяют для химического закрепления песков с коэффициентом фильтрации от 1 до 80 м/сут, макропористых просадочных грунтов и некоторых видов насыпных.

Суть метода заключается в следующим. В грунт погружаются инъекторы , представляющие собой трубы диаметром 38 мм перфорированные в нижней части. Инъекторы погружаются попарно на расстоянии 25 см друг от друга. Через инъекторы под давлением до 1,5 МПа в грунт закачивается раствор силиката натрия. Через соседнюю трубу закачивается раствор хлористого кальция. Допускается нагнетания растворов поочередно при введении и извлечении инъекторов. Радиус закрепления грунта составляет до 1 метра. На полное твердение реагентов требуется 28 дней, после чего закрепленный грунт приобретает прочность на сжатие до 5 МПа (одноосное). При закреплении мелких песков и плывунов в грунт нагнетается гелеобразующий раствор, состоящий из смеси растворов крепителя и отвердителя. Изменяя состав отвердителя, можно регулировать время гелеобразования, достигая значений от нескольких минут до нескольких часов. В малопроницаемых грунтах для обеспечения необходимого радиуса закрепления применяют раствор с большим временем гелеобразования. Также силикатизация эффективна для закрепления макропористых лессовых грунтов. Интересной особенностью силикатизации лессов является наличие в составе таких грунтов солей, которые исполняют роль отвердителя раствора силиката натрия. Что позволяет проводить закрепление грунтов классическим однорастворным методом. Прочность закрепления массива может достигать 2 МПа при этом оно водоустойчиво и не имеет просадочных свойств.

Также применяют газовую силикатизацию песчаных и макропористых лессовых грунтов при которой в качестве отвердителя используют углекислый газ (диоксид углерода). Суть метода заключается в следующем. В грунт нагнетается углекислый газ для его активации, затем раствор силиката натрия и вторично углекислый газ. Прочность закрепления таким способом составляет до 1,5 МПа. Для сплошного закрепления грунта инъекторы располагают в шахматном порядке. Расстояние между рядим определяют по формуле a=1,5r, а расстояние между инъекторами в ряду – a=1,73r, где r – радиус закрепления.

Способы закрепления грунтов

Смолизация грунтов

Данный метод применяют для закрепления водонасыщенных и сухих песков с коэффициентом фильтрации до 25 м/сут. Суть метода заключается во введении в грунт органических соединений типа карбамидных, фенолформальдегидных и других синтетических смол в смеси с отвердителями – кислыми солями и кислотами. После взаимодействия с отвердителями смола полимеризуется. Время гелеобразования составляет от 1,5 до 2,5 часов при времени упрочнения до 2 суток. Прочность закрепления песка карбамидной смолой колеблется в пределах от 1 до 5 МПа на одноосное сжатие. Технология закрепление грунтов смолами аналогична технологии силикатизации грунтов. Радиус закрепленной области составляет от 0,3 до 1 метра.

Электрохимическое закрепление грунтов

Данный метод применяют для закрепления водонасыщенных пылевато-глинистых грунтов. Суть метода заключается в следующем. В грунт через аноды подают растворы солей многовалентных металлов на основе воды, которые реагируя с глинистым грунтом, коагулируют глинистые частицы. Создаются глинистые агрегаты, сцементированные между собой гелями солей алюминия и железа. Данный метод позволяет значительно повысить прочность грунтов, также снизить способность грунта к набуханию. При электрохимическом закреплении грунтов напряжение тока составляет до 100 В, а расход энергии от 60 до 100 кВт/ч на один кубический метод закрепляемого грунта.

Глинизация и битумизация

Данный метод применяют для уменьшения водопроницаемости песков. Суть метода заключается в следующем. Через инъекторы, погруженные грунт нагнетают водную суспензию бентонитовой глины с содержанием монтмориллонита не менее 60-70%. Водопроницаемость грунта резко снижается за счет выпадения в осадок глинистых частиц, которые заполняют поры песка. Метод битумизации применяют для уменьшения водопроницаемости трещеноватых скальных пород. Суть метода заключается в нагнетании через скважины битумных эмульсий или расплавленного битума в трещеноватый массив. При этом происходит заполнение пустот массива что делает его практически водонепроницаемым.

Термическое закрепление грунтов

Данный метод наиболее часто применяют для устранения просадочных свойств лессовых макропористых грунтов, при этом глубина закрепляемой толщи достигает 20 метров. Скважины, пробуренные диаметром от 100 до 200 мм, закрывают специальные керамические затворы, в которых оборудованы камеры сгорания. К камере подают топливо и воздух под давлением. Температура газов должна быть не ниже 300°С, иначе не происходит ликвидация просадочности грунтов.

Также температура не должна превышать 850°С , если температура выше то стенки скважины оплавятся и станут газонепроницаемыми. Для поддержания температуры горения на уровне 750…850°С расход воздуха на один килограмм горючего составляет от 30 до 40 кубических метров. При указанном количестве воздуха количество сгораемого горючего на 1 метр длины не должно превышать 0,85 кг/ч. Термическая обработка производится непрерывно в течении нескольких суток.

В результате получается упрочненный конусообразный массив грунта диаметром от 1,5 до 2,5 м поверху, а на глубине 8 – 10 м диаметр составляет от 0,3 до 1 м, образуется коническая свая с прочностью до 10 МПа. Также применяется технология, которая позволяет сжигать топливо на любой глубине скважины. Это позволяет создавать термосваи постоянного сечения, с уширением вверху или внизу. При закреплении грунта термосваями рекомендуют проведение испытаний статической нагрузкой.

Термическое закрепление грунтов

Если статья оказалась полезной, ознакомьтесь с нашими услугами

Посмотрите другие статьи нашего справочника