Закрепление грунтов основания

 

Закрепление грунтов сопровождается существенным изменением их физико-механических свойств. Способ закрепления выбирают в зависимости от грунтовых условий.

 

Силикатизация грунтов.

 

Силикатизация заключается в нагнетании в грунт (через инъекторы) химических растворов, которые, реагируя между собой или с содержащимися в грунте солями, образуют гель кремниевой кислоты. При закреплении основания, с целью увеличения его несущей способности, глубину укрепляемой зоны принимают такой, при которой обеспечиваются устойчивость залегаюшего ниже грунта и осадка меньше предельных значений. Размеры закрепляемого массива в плане принимают выступающими за грани фундамента не менее чем на 0,2 м. В зависимости от коэффициента фильтрации применяют двух- и однорастворный способ силикации.

 

Двухрастворный способ используют для закрепления песков с коэффициентомфильтрации от 2 до 80 м/сут. Он заключается в поочерёдном нагнетании в грунт растворов силиката натрия и хлористого кальция. Концентрация раствора силиката натрия (жидкого стекла) назначается в зависимости от коэффициента фильтрации закрепляемого песка:

 

Однорастворный способ применяют для закрепления лёссовых грунтов,мелких и пылеватых песков. При силикатизации лёссов в грунт инъектируется раствор жидкого стекла с модулем 2,6…3 и плотностью 1,13 т/м³. Силикат натрия вступает во взаимодействие с имеющимися в лёссе солями, которые способствуют образованию геля кремниевой кислоты. Для закрепления мелких и пылеватых песков в них нагнетают один из сложных гелеобразующих растворов, показанных в табл. 1.5.

 

Для закрепления массива грунта инъекторы располагают в плане в шахматном порядке. Закрепление грунтов по глубине производят по зонам – «заходкам», которые на 0,5R превышают длину перфорированной части инъектора, равной 0,5…1 м. При двухрастворном способе вначале нагнетают жидкое стекло заходками сверху вниз, а затем раствор хлористого кальция – заходками снизу вверх.

 

Количество инъектируемого в грунт раствора, л,

 

V_m = anV₀

 

где а - коэффициент размерности; n- пористость грунта, доли единицы; V₀-объём закрепляемого грунта, м³.

 

 

Значение коэффициента а принимают для крупных и средней крупности песков – 500, мелких и пылеватых – 1200, лёссов – 800 л/м³.

Нагнетание растворов в грунт производят медленно и равномерно.

Закрепление грунта синтетическими смолами (смолизация).

В настоящее время закрепление грунтов этим способом производят чаще всего

 

с помощью карбамидной смолы. Она используется для омоноличивания сухих и водонасыщенных песков с коэффициентом фильтрации от 0,5 да 50 м/сут и для закрепления лёссовых грунтов. Закреплению смолизацией не подлежат, как правило, пески, в состав которых входит более 3% глинистых фракций или карбонатов (по весу). При содержании глинистых частиц от 1 до 3% или карбоната от 0,1 до 3% пески до закрепления обрабатывают раствором соляной кислоты 1…5% концентрации. При закреплении песков карбамидную смолу используют совместно

 

с отвердителем (раствором соляной кислоты). Рабочий гелеобразующий раствор приготовляют непосредственно перед его инъекцией в грунт.

 

При смолизации лёссовых грунтов применяют раствор карбамидной смолы (без добавления соляной кислоты). После закрепления этих грунтов они теряют просадочность и становятся практически водонепроницаемыми.

 

Предел прочности на сжатие закреплённого смолизацией песка, получается, от 0,1 до 2,5 Мпа, а лёссовидных грунтов – 0,7…1,5 МПа.

 

Электрозакрепление грунтов.

 

При пропускании постоянного электрического току через пылевато-глинистые грунты с коэффициентом фильтрации k_f< 0,01 м/сут в них происходит перемещение влаги в сторону катода, а отрицательно заряженных частиц – анода. При этом водоотдача и коэффициент фильтрации грунта резко возрастают. Указанное явление сопровождается уплотнением и обезвоживанием грунта между электродами; свёртыванием грунтовых коллоидов; химическими реакциями между составными частями грунта. Все эти процессы способствуют ускорению уплотнения и твердения пылевато-глинистого грунта, которое в природных условиях протекают крайне медленно. В строительной практике в этих целях используют два способа: электроосмос и электрохимическое закрепление.

 

Электроосмос применяют в основном для повышения несущей способности и ускорения консолидации слабых пылевато-глинистых грунтов; увеличения устойчивости откосов и дна котлованов; водопонижения в тонкодисперсных грунтах.

 

При электроосмосе в грунт забивают электроды. В качестве анода используют сплошные металлические стержни, а для катодов применяют трубы с перфорацией в нижней части или иглофильтры для удаления поступающей воды.

 

На практике расстояние между одноимёнными и разноимёнными электрода-ми принимается порядка 0,5…1,5 м. Напряжение на электродах принимают равным 36…60 В на 1 м расстояния между рядами электродов. Плотность тока составляет 8…12 А на 1 м² сечения слоя закрепляемого грунта, средний расход электроэнергии

 

– 40…60 кВт ч на 1 м² обрабатываемого грунта. Расчётное сопротивление грунта определяют по формуле на основе исследований грунтов после их обработки. Проектирование сооружений на этих грунтах ведут с учётом возможных изменений их свойств во времени.

 

Электрохимическое закрепление используют для тех же грунтов,что иэлектроосмос. Этот способ характеризуется более коренным изменением свойств грунтов. В грунт рядами на таком же расстоянии друг от друга, как и при электроосмосе, погружают полые электроды (трубы с перфорацией в нижней части или иглофильтры). В полости анодов подают закрепляющий раствор.

 

Откачку воды производят из второй группы труб – катодов. Через грунт пропускают постоянный электрический ток, под воздействием которого увеличивается скорость и радиус проникновения раствора, возрастает интенсивность физико-химических процессов, приводящих к образованию в грунте нерастворимых соединений и необратимых коллоидов. Указанные процессы происходят при взаимодействии вводимых в грунт и содержащихся в нём химических соединений и приводят к омоноличиванию грунта.

 

Электрический ток пропускают в одном или разных направлениях. Изменение направления тока приводит к более равномерному закреплению грунта между рядами электродов. Продолжительность обработки грунта достигает 30…50 ч.

Термическое закрепление грунтов.

 

Этот способ применяют для закрепления лёссовидных грунтов, неводонасыщенных пылевато-глинистых грунтов. Сущность термического закрепления заключается в преобразовании структурных связей в грунте под

 

воздействием высоких температур. В результате закрепления устраняются просадочные свойства грунтов, возрастает их прочность и водостойкость. Термообработку производят посредством сжигания в них топлива

 

(газообразного, жидкого или твёрдого). В качестве топлива используют горючие газы, соляровое масло, мазут. Для усиления фильтрации раскалённых газов в грунте

 

и поддержания необходимой температуры в неё подают избыточное количество воздуха и поддерживают давление в пределах от 15 до 50 кПа. Диаметр скважин принимают равным 10…20 см; глубина колеблется в пределах от 6 до 15 м и более. Расстояние между осями скважин зависит от нагрузок их распределения по пятну застройки. Обжиг грунта продолжается от 5 до 10 сут. При сжигании 80…100 кг жидкого топлива на 1 м глубины скважины вокруг неё образуется массив термически закреплённого грунта диаметром 1,5…3 м. Прочность закреплённого грунта на сжатие достигает 1,0…3,0 Мпа.

 

Закрепление грунтов с использованием высоконапорных инъекций.

 

Использование высоконапорных инъекций или струйной технологии позволяет решать широкий круг геотехнических задач. Эта технология широко используется для глубокого перемешивания грунтов на глубине с их закреплением и создания любых по конфигурации массивов. Можно успешно закрепить массив грунта под строящимся зданием, обеспечить устойчивость зданий и сооружений при глубоких проходках в непосредственной близости от них, усилить грунты основания для передачи давления на прочные грунты, обеспечивать надёжную эксплуатацию зданий в сложных условиях.

 

Технология заключается в погружении устройства для перемешивания грунта с вяжущим материалом. Устройство снабжено специальными соплами, через которые подаётся раствор под давлением до 150 атм. Это способствует быстрому погружению и образованию массива до 3,0 м в диаметре. Укреплённые массивы

 

цилиндрической формы в зависимости от вида и состояния грунта, могут располагаться на различном расстоянии друг от друга при плотности заполнения S_p от 34,9 до 97 %.