Искусственное закрепление грунтов: тампонаж, замораживание, силикатизация, электрохимический и термический способы

Несущую способность слабых грунтов и трещиноватых горных пород можно увеличить методами искусственного закрепления.

Сущность тампонажа грунта заключается в нагнетании специальных растворов или смесей, которые придают грунту водонепроницаемость и монолитность. Нагнетание производится через систему тампонажных скважин, расположенных вокруг будущей выемки. Существует три способа:

глинизация - в качестве тампонажной смеси используются суспензии из глин;

битумизация - в качестве тампонажного материала применяется битум, расплавленный до температуры 190 °С, который, остывая в грунте, закупоривает трещины и поры;

цементация - в качестве тампонажного раствора применяется цементный или цементно-песчаный раствор.

В водонасыщенных грунтах (плывунах) применяется искусственное замораживание. Сущность этого способа заключается в том, что через систему замораживающих скважин пропускается хладоноситель с низкой температурой, который превращает водонасыщенный грунт в массив с высокой прочностью.

К химическим способам относятся такие, которые обеспечивают закрепление грунтов при взаимодействии вводимых в грунт реагентов между собой и с минеральными частицами. Химические реагенты вводятся в грунт под избыточным давлением через перфорированные трубчатые инъекторы. В зависимости от применяемых реагентов химический способ подразделяется на силикатизацию и смолизацию. При силикатизации в качестве основы, закрепляющей грунт, используется гидросиликат натрия (жидкое стекло), а при смолизации - синтетические водорастворимые смолы.

Электрохимический способ отличается от предыдущего тем, что одновременно с электрическим током в грунт вводят через трубу, являющуюся катодом и служащую инъектором, растворы химических добавок, увеличивающие проводимость тока (силикат натрия, хлористый кальций, хлористое железо и др.). Благодаря этому интенсивность процесса закрепления грунта возрастает.

Термический метод основан на термической и термохимической обработке грунта газообразными продуктами горения, обогащенными при необходимости специальными химическими добавками. Горючее сжигается непосредственно в скважине. Укрепляемая толща грунта прогревается до температур (от 350 до 1000°С), вызывающих изменение свойств грунтов в основном за счет проникновения раскаленных продуктов сгорания в поры грунта под избыточным давлением.

Общие сведения о разработке грунтов многоковшовыми экскаваторами.

Рабочим органом многоковшового экскаватора являются ковши, насаженные через равные интервалы на беспрерывно движущуюся цепь или колесо (ротор). По характеру перемещения машины относительно направления движения рабочего органа различают многоковшовые экскаваторы продольного черпания - цепные и роторные (рис.7) и поперечного черпания (рис.8). Так как грунт черпается ковшами непрерывно, то эти экскаваторы являются машинами непрерывного действия (в отличие от одноковшовых экскаваторов, которые являются машинами цикличного действия). Ковши наполняются грунтом при движении их вверх по наклонной или криволинейной поверхности разрабатываемой выемки. Опорожняются ковши в момент достижения ими наивысшей точки их траектории, где они опрокидываются. Высыпающийся из них грунт попадает на ленточный конвейер, доставляющий его на погрузку в транспортные средства или в отвал.

Рис.7. Разработка траншей многоковшовыми экскаваторами черпания

а - цепным экскаватором; б - роторным экскаватором

Рис.8. Схема разработки выемки многоковшовым экскаватором поперечного черпания