2. Инъекционное закрепление грунтов способами силикатизации и смолизации

2.1. Общие положения

Силикатизация и смолизация грунтов применяются для повышения несущей способности оснований и устройства фундаментов из укрепленного грунта. Этот метод может применяться в песчаных грунтах с коэффициентом фильтрации от 0,5 до 80 м/сут и в лессовых просадочных грунтах с коэффициентом фильтрации от 0,2 до 2,0 м/сут. Силикатизация и смолизация грунтов осуществляются путем нагнетания в грунт через систему инъекторов или скважин водных растворов или смесей, приготовляемых на основе силиката натрия и синтетических смол с отвердителем. Для закрепления песчаных и просадочных лессовых грунтов применяются способы, описанные в табл.6. На рис.10-12 даны схемы инъекционного закрепления грунтов.

При закреплении песчаных грунтов двухрастворной силикатизацией плотность раствора силиката натрия назначают в зависимости от коэффициента фильтрации грунтов согласно табл.7, а плотность раствора хлористого кальция принимают 1,26-1,28. Для безводного хлористого кальция указанным величинам плотности соответствуют 28-30%-ные значения концентрации.

Химические материалы, применяемые для закрепления грунтов способом силикатизации, должны удовлетворять требованиям действующих стандартов.

Рис.10. Опоры из силикатизированного лессового грунта под строящееся здание

1 – фундамент; 2 – незакрепленный грунт; 3 – закрепленный силикатизацией грунт; 4 – непросадочный грунт

Рис.11. Технологические схемы химического закрепления грунтов под фундаменты существующих зданий

1 – фундамент; 2 – инъекторы; 3 – закрепленный грунт

Рис.12. Схема закрепления грунтов под фундаментами существующих зданий по горизонтальной технологии

а – план; б – разрез; 1 – инъекторы; 2 – технологические колодцы; 3 – закрепленный массив

Силикат натрия (содовый или содово-сульфатный) доставляются к месту работы в виде силикат-глыбы или раствора плотностью 1,4—1,5 г/см³. Раствор силиката натрия должен отвечать требованиям ГОСТ 13079-81.

Силикатный модуль есть отношение числа грамм-молекул кремнезема SіО₂ к числу грамм-молекул окиси натрия Nа₂О. Силикатный модуль является основной характеристикой силиката натрия, определяющей его состав. В процессе производства работ модуль употребляемых растворов силиката натрия подлежит контрольным определениям.

ТАБЛИЦА 6. СПОСОБЫ ХИМИЧЕСКОГО ЗАКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТОВ

И ОБЛАСТЬ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

Способ	Реакция среды закрепляющих реагентов	Область применения	Коэффициент фильтрации грунтов, м/сут	Прочность закрепленного грунта при сжатии*, МПа
Двухрастворная силикатизация на основе силиката натрия и хлорис-того кальция Однорастворная силикатизация на основе силиката натрия и кремне-фтористоводородной кислоты Однорастворная силикатизация на основе силиката натрия Газовая силикатизация на основе силиката натрия и углекислого газа Однорастворная силикатизация на основе силиката натрия и форма-мида с добавкой кремнефтористо-водородной кислоты Однорастворная силикатизация на основе силиката натрия и ортофос-форной кислоты Однорастворная силикатизация на основе силиката натрия и алюми-ната натрия Однорастворная силикатизация на основе карбамидных смол марок М, М-2, М-3, МФ-17 и соляной кислоты То же, и щавелевой кислоты	Щелочная » » » » Кислая Щелочная Кислая »	В песках гравелистых, крупных и средней крупности В песках средней крупности, мелких и пылеватых, в том числе карбонатных В просадочных грунтах, облада-ющих емкостью поглощения не менее 10 мг-экв на 100 г сухого грунта и степенью влажности не более 0,7** То же** В песках средней крупности, мелких и пылеватых, в том числе карбонатных То же В песках средней крупности, мелких и пылеватых В песках средней крупности, мелких и пылеватых, в том числе карбонатных В песках всех видов от пылева-тых до гравелистых, кроме кар-бонатных В песках всех видов от пылева-тых до гравелистых	5-80 0,5-20 0,2-2,0 0,2-2,0 0,5-20 0,5-20 0,5-10 0,5-10 0,5-50 0,5-50	2,0-8,0 5,0 1,0-5,0 3,0 0,5-1,5 1,0 0,5-3,5 2,0 1,0-5,0 3,0 1,0-0,3 2,0 0,2-0,5 0,35 0,2-0,3 0,25 2,0-8,0 5,0 2,0-8,0 5,0

* Под чертой даны средние значения прочности закрепления.

** При других характеристиках грунтов возможность применения силикатизации устанавливается опытным путем.

ТАБЛИЦА 7. ПЛОТНОСТЬ РАСТВОРА СИЛИКАТА НАТРИЯ, ПРИМЕНЯЕМОГО ДЛЯ

ДВУХРАСТВОРНОЙ СИЛИКАТИЗАЦИИ песчаных грунтов (при температуре 18ºС)

Коэффициент фильтрации, м/сут	Плотность раствора, г/см3
2-10 10-20 20-80	1,35-1,38 1,38-1,41 1,41-1,44

Применяемый при однорастворной силикатизации в качестве отвердителя (коагулянта) алюминат натрия должен удовлетворять следующим требованиям: каустический модуль 1,5-1,7 (отношение Nа₂О/Аl₂О₃), крупность дробления 5-6 мм; содержание нерастворимых взвешенных частиц 1—2 %. Рецептуры растворов при однорастворной смолизации песчаных грунтов приведены в табл.8.

ТАБЛИЦА 8. РЕЦЕПТУРЫ РАСТВОРОВ ДЛЯ СМОЛИЗАЦИИ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ

№ рецептуры	Марка крепите-ля (кар-бамид-ной смолы)	Плотность крепителя при t=18ºС, г/см3	Отвердитель	Плотность отверди-теля, г/см3	Объемное отношение отвердителя к крепителю	Продолжи-тельность гелеобра-зования, мин	Порядок приготовления смеси
1 2 3 4 5 6 7	М М-2 М-2 М-17 М-3 М-3 М-3	1,08 1,09-1,1 1,09-1,1 1,08-1,09 1,12-1,13 1,178-1,18 1,178-1,18	5 %-ная соляная кислота 5 %-ная щавелевая кислота 5 %-ная соляная кислота То же » Азотнокислый аммоний 5 %-ная соляная кислота Сульфитно-спиртовая барда 5 %-ная соляная кислота	1,023 1,023 1,023 1,09-1,1 1,023 1,1-1,2 1,023 1,15-1,16 1,023	0,05-0,06 0,12-0,14 0,07-0,08 0,08-0,10 0,03-0,05 1-2 0,25-0,35 1-2 0,25-0,35	40-180 60-180 50-150 40-150 25-150 30-150 - 30-180 -	В смолу при тщательном пере-мешивании вливают кислоту То же » » » Крепитель смешивают с азот-нокислым аммонием, затем добавляют кислоту К сульфитно-спиртовой барде добавляют кислоту, затем кис-лый раствор сульфитной барды смешивают с крепителем

П р и м е ч а н и е. Способ смолизации по рецептуре № 2 применяется для закрепления карбонатных песков.

Преимуществом смолизации перед однорастворной силикатизацией песков является возможность значительно более прочного закрепления грунтов. Для глубинного закрепления смолизацией, не связанного с последующим вскрытием закрепленных грунтов (например, при усилении оснований, устройстве фундаментов или защитных стенок), следует применять способы на основе карбамидных смол марок М, М-2, МФ-17. При смолизации грунтов с целью проходки подземных выработок допускается применять способы на основе смолы марки М-3, содержащей наименьшее количество свободного формальдегида (0,3-0,5%).

Рабочая концентрация смолы достигается следующим образом: крепитель М-2 разбавляется водой в соотношении 1 : 0,8 до плотности раствора 1,09 г/см³, являющейся нижним пределом разбавления; крепитель М-3 разбавляется водой в соотношении 1 :0,5 до плотности раствора 1,12 г/см²; крепитель МФ-17 разбавляется водой в соотношении 1 : 2 до плотности 1,08 г/см³. При разбавлении смолы растворами азотнокислого аммония или сульфитно-спиртовой барды раствор наиболее стабилен в отношении продолжительности гелеобразования.

Применяемые при смолизации в качестве крепителей растворы карбамидных смол по физическим и химическим характеристикам должны удовлетворять нормам, а щавелевая (кристаллогидрат) и соляная (жидкость) кислоты-требованиям ТУ ІI-1391-5 и ГОСТ 13282—76.