Закрепление грунтов.
Закрепление грунтов – подразумевается такие методы их укрепления, при которых между частицами грунта искусственным путем, создаются дополнительные, обусловленные вяжущеми веществом, связи, в результате чего возрастает прочность грунта и уменьшается его сжимаемость. В отличие от методов уплотнения, рассмотренными нами ранее, при закреплении грунтов их структура существенно не изменяется.
Рассмотрим некоторые виды закрепления грунтов.
1.Цементация – это нагнетание цементного раствора под большим давлением.
Цементация в основном применяется для укрепления грунтов обладающих большой водопроницаемостью. К ним относятся: галечник, гравий, крупнозернистый песок, трещеноватые скальные породы. Раствор который используют для цементации состоит из смеси цемента с водой, иногда в него добавляют тонкий песок для заполнения крупных трещин и каверн (пустоты), а также пустот в крупнообломочных грунтах. Нагнетают цементный раствор через перфорированные инъекторы. Их устанавливают в заранее пробуренные скважины. Расстояние между инъекторами определяют опытным нагнетанием раствора.
Радиус закрепления различных грунтов одним инъектором колеблется от 30 см до 1,5 метров. По трещинам это значение гораздо выше. Цементация считается оконченной если поглощение раствора в течении 30 минут при заданном давлении не превышает 0,5 литра. Для цементации применяют цемент марки М400 и выше. Размер трещин скальных пород поддающихся цементации составляет от 0,15 до 0,2 мм. Для лучшего заполнения трещин рекомендуется вводить в цементный раствор пластификаторы (мылонафт, сульфидноспиртовая барда).
2.Силикатизация
Закрепление грунтов возникает в результате реакции между двумя растворами:
- крепителя (жидкое стекло)
- отвердителя (растворы различных химических веществ)
В строительной практике применяют три основных метода силикатизации:
- двухрастворный
- однорастворный
- газовой силикатизации
Если крепитель и отвердитель нагнетают в грунт поочередно то такой метод закрепления грунтов наз-ся двухрастворным.
Применяется для закрепления песков крупных и средней крупности. Вибрированием или забивкой в песок погружается инъектор длинной 1 метр. Сначала через инъектор в грунт нагнетают раствор силиката натрия (жидкое натриевое стекло). Если мощность закрепляемого слоя велика, инъектр перемещают вниз пол всей толще. Далее через этот же инъектор подают раствор хлористого кальция в пропорции 1:1. Выделяющиеся в рез-те химической реакции нерастворимый в воде гель кремнеевой кислоты (SiO2(m-1)H2O) создает прочную структурную связь между частицами песка, превращая его в кремневидную массу подобную природного песчаника. Закрепляется столб грунта радиусом от 30 см до метра.
Однорастворный метод силикатизации.
Оба раствора смешивают перед нагнетанием. Используется данный метод для закрепления слабофильтрующих, мелких и пылеватых песков, а также лессовых грунтов. Метод заключается в следующем: в грунт через инъектор одновременно нагнетается одна часть жидкого стекла и три – четыре части фосфорной кислоты (Н3РО4). Эти вещества медленно вступают в реакцию между собой, образуют также гель кремневой кислоты. Грунт набирает прочность лишь через 28 суток. Лессовые грунты закрепляют нагнетая только раствор жидкого стекла, который соединяясь с солями кальция содержащимися в лессе, выделяет гель кремневой кислоты.
Газовая силикатизация.
Отвердителем служит диоксид углерода (СО2). Укрепляют данным методом пески от среднезернистых до пылеватых, в том числе и карбонатные пески.
Электрохимическое закрепление грунтов.
Глинистые водонасыщенные грунты (илы, супеси, суглинки) со степенью влажности близкой к единице или равной ей невозможно укрепить с помощью рассмотренных ранее инъекционных способов, так как такие грунты обладают малой водопроницаемостью. Подобные грунты можно укреплять с помощью электрического тока, если через глинистый грунт пропустить постоянный ток, через 2 электрода, то содержащаяся в грунте поровая вода, будет двигаться от анода к катоду – элекроосмос.
Используя это явление через перфорированный анод в грунт вводят химические в-ва сначала силикат натрия, а затем хлористый кальций. Между анодом и катодом грунт закрепляется.
Термическое закрепление грунтов.
Этот метод применяют для устранения осадок существующих зданий и сооружений. При термическом закреплении грунтов увеличивается прочность и устраняется просадочность лессовых грунтов.
Бурят скважины, в качестве топлива используют газ или мазут. С помощью форсунки топливо подается а скважину. Температура от 300 до 800. Обжиг грунта продолжается от 5 до 10 дней. В результате образуется конусообразный массив грунта (зона укрепленного грунта). Расстояние между скважинами составляет два – три метра. Радиус закрепленной зоны = 2,5 метра. После обжига прочность грунта на сжатие возрастает, увеличивается сцепление грунта, резко снижается водопроницаемость и просадочность. По сравнению с инъекционными методами закрепление грунтов обжиг грунта более экономичен.
При природной влажности лессы способны удерживать вертикальный откос и резко обрушаются при замачивании. Характерной особенностью просадочных грунтов является резкое уменьшение их объема при замачивании, что является причиной резких просадок.
Просадка - быстроразвивающаяся осадка вызванная резкими изменениями структуры грунта.
2а основных принципа строительства на просадочных грунтах:
Строительство с устранением в основании просадочных свойств грунтов
При строительстве тяжелых ответственных сооружений используется первый принцип.
Строительство с сохранением в основании просадочных грунтов
Используется при возведении относительно легких зданий