Технология процессов закрепление грунтов оснований.

Для повышения прочности оснований и снижения деформаций зданий и сооружений применяют различные способы закрепления грунтов оснований.

В зависимости от технологии закрепления и процессов, происходящих в основании способы закрепления можно разделить на три основные группы: физико-химические, химические и термические.

Применение того или иного способа повышения прочности основания зависит от инженерно-геологических условий, конструкции здания и его фундамента, причин, вызывающих усиление, и других местных условий.

1. К физико-химическим способам закрепления грунтов, используемых при повышении прочности оснований, можно отнести: цементацию, упрочнение грунта негашеной известью и другие методы.

Цементация грунта заключается в том, что частицы грунта скрепляются цементным раствором, который нагнетается через инъектор или скважину в поры грунта. Таким образом, пористый грунт может быть превращен в сплошной монолит или отдельные столбы из цементированных грунтов.

Цементацию применяют для закрепления трещиноватых скальных пород, гравелистых и песчаных грунтов с коэффициентом фильтрации 50—200 м/сут.

Для нагнетания в грунт используют цементные растворы. При наличии крупных пустот применяют цементно-песчаные растворы. Применяют также цементно-глинистые смеси.

Негашеная известь способна не только подсушивать увлажненные грунты, но и значительно изменять некоторые их инженерно-геологические свойства. В ходе гидратации негашеная известь связывает 32% воды от своего первоначального веса. Вносимая в грунт молотая негашеная известь взаимодействует с водой и тонкодисперсной частью его, в результате чего она оказывает влияние на грунт и как осушающая добавка, и как вяжущее вещество.

Основными процессами, обеспечивающими повышение прочности в начальный период твердения грунтоизвести, считают кристаллизацию гидроокиси кальция, а при длительных сроках взаимодействия извести с грунтом - кристаллизацию и карбонизацию. Важным фактором роста прочности на первом этапе твердения грунтоизвести является образование соединений типа гидросиликатов и гидроалюминатов кальция.

2. Наиболее распространенными способами химического закрепления оснований являются: силикатизация, электросиликатизация, газовая силикатизация, смолизация.

Силикатизация является одним из наиболее эффективных способов химического закрепления грунтов. Она позволяет в короткие сроки, надежно и с меньшими трудовыми затратами приостановить развитие недопустимых осадок основания.

Основным материалом для силикатизации является жидкое стекло, т. е. коллоидный раствор силиката натрия. В зависимости от физико-механического состояния грунтов применяется одно-и двухрастворная силикатизация грунтов.

Однорастворная силикатизация основана на введении в грунт гелеобразующего раствора, состоящего из двух или трех компонентов. Получили распространение силикатно-фосфорно-кислые, силикатно-фтористосерно-кислые и др. Однорастворный способ силикатизации применяется для закрепления лессовых просадочных грунтов.

Двухрастворный способ силикатизации применяется для закрепления песчаных грунтов с коэффициентом фильтрации 5—80 м/сут и заключается в поочередном нагнетании в грунт двух растворов: силиката натрия и хлористого. В результате химической реакции между этими растворами образуется гель кремниевой кислоты, придающий грунту в короткие сроки высокую прочность (до 2—6 МПа) и водонепроницаемость.

Электросиликатизация грунтов основана на введении в грунт под напором раствора жидкого стекла с одновременным воздействием электрического тока. Электросиликатизация предназначена для закрепления переувлажненных мелкозернистых песков и супесей с коэффициентом фильтрации 0,005—0,2 м/сут.

Газовая силикатизация основана на применении в качестве отвердителя силиката натрия углекислого газа. Существует два варианта этого способа — без предварительного и с предварительной обработкой песчаного грунта углекислым газом. Последний вариант более эффективен, так как дает довольно высокую прочность (до 2 МПа) и в 150—500 раз снижает водопроницаемость грунта.

Газовая силикатизация позволяет закреплять песчаные грунты с различной степенью влажности, имеющих коэффициент фильтрации 0,1—0,2 м/сут, а также лессовые грунты.

Газовая силикатизация выполняется по следующей технологии. В грунт через забитые инъекторы или специально оборудованные скважины подается раствор силиката натрия, затем туда же нагнетается под небольшим давлением углекислый газ. С помощью углекислого газа осуществляется перемещение неотвержденной части силикатного раствора в незакрепленный грунт, в результате чего при обычных расходах силикатного раствора объем закрепленного грунта увеличивается в 2 раза.

Смолизация грунтов представляет собой закрепление песчаных и лессовых грунтов синтетическими смолами. Сущность способа состоит в том, что водный раствор смолы 22—25%-й концентрации с добавкой в него 3—5%-ного раствора соляной кислоты нагнетают под давлением в грунт, который закрепляется в результате образования геля.

Смолизация применяется для закрепления лессовых грунтов с коэффициентом фильтрации 0,1—2 м/сут.

3. Термическое закрепление грунтов основано на термической обработке грунтов газообразными продуктами горения жидкого или газообразного топлива, сжигаемого у устья скважины или непосредственно в толще грунта. Термическое закрепление грунтов применяют для ликвидации просадочных и пучинистых свойств оснований, укрепления откосов насыпей и выемок и устройства фундаментов из обожженного грунта. При этом применяют различные виды топлива: природный газ, соляровое масло или твердое топливо.

У лессовых просадочных грунтов, подвергнутых термическому воздействию, полностью ликвидируются просадочные свойства и размокаемость, во много раз повышается сцепление и сопротивляемость сдвигу.