3.4. Способи закріплення ґрунтів

Закріплення ґрунтів передбачає комплекс дій, спрямованих на підвищення несучої здатності основ. У результаті здійснення такого процесу підвищується міцність ґрунту, він стає нерозмивним, а за певних умов і водонепроникним.

Відомі такі способи штучного закріплення ґрунтів: силікатизація, цементація, бітумізація, заморожування, електричний і електрохімічний.

Силікатизацію (дво- і однорозчинну) застосовують для закріплення лесових, просадних і піщаних ґрунтів.

Цей спосіб передбачає наступні операції: очищення ділянки, занурення ін’єкторів, приготування і нагнітання розчину, витягування ін’єкторів і тампонаж свердловин.

Для закріплення добре дренуючих ґрунтів, з високим коефіцієнтом фільтрації (більше 2 м/доб) використовують дворозчинну силікатизацію. Такий варіант процесу передбачає нагнітання у ґрунт послідовно водяного розчину силікату натрію Na₂SіО₃ (рідке скло) і хлористого кальцію СаСl₂. У результаті взаємодії розчинів утвориться кремнієва кислота, що при затвердінні зв'язує частки ґрунту, створюючи моноліт (міцність ґрунту досягає 1,5...3 МПа).

Слабкодренуючі ґрунти (коефіцієнт фільтрації менше 0,3 м/доб) закріплюють, застосовуючи однорозчинне закріплення ґрунту, що передбачає нагнітання суміші силікату натрію й затвердника.

Цементація і бітумізація полягає в нагнітанні в тріщиновидні й крупнопористі (пухкі) піщані ґрунти, з коефіцієнтом фільтрації більше 80 м/доб, відповідно розчину або розігрітого бітуму. У результаті кальматації, термопластичних та інших процесів основа стає монолітною і водонепроникною.

Процес цементації передбачає: розчищення поверхні, під якою здійснюють закріплення, буріння свердловин, їх продування і промивання, встановлення ін’єкторів, гідравлічне випробування свердловин (визначають ступінь водопоглинання, за яким підбирають склад і консистенцію розчину), нагнітання тампонажного розчину, витяг ін’єкторів.

Розчин нагнітають такими способами: гідравлічним, використовуючи насоси високого тиску (до 10 МПа), і пневматичним – компресори.

Залежно від діаметра пор і тріщин у ґрунті застосовують цементний або цементно-піщаний розчин, який приготовляють з використанням шлакових, пуцоланових, глиноземистих цементів марки не нижче 300.

Заморожування ґрунтів полягає у створенні міцного водонепроникного огородження із замороженого ґрунту, що виключає проникнення ґрунтових вод і водонасичених ґрунтів у котлован, траншею чи вибій. Застосовують такий метод у ґрунтах з високим ступенем водонасищення (з великими швидкостями фільтрації ґрунтових вод). Для виконання процесу заморожування по периметру котловану бурять свердловини і встановлюють охолоджуючі колонки з труб, з'єднані трубопроводом, по якому циркулює розчин хлористого кальцію (розсіл).

Розчин охолоджують на заморожуючій станції і насосом по трубах розподіляють по колонках, в яких він піднімається під тиском нагору по зазору між живильною трубою і заморожуючою колонкою. При цьому відбувається теплообмін – забір тепла з ґрунту, в результаті чого він замерзає концентричними колами, утворюючи масив замороженого ґрунту у вигляді циліндра. У процесі подальшого заморожування об’єм циліндрів збільшується і вони, змерзаючись, утворюють суцільний і замкнутий масив замороженого ґрунту навколо котловану.

Термічний спосіб застосовують для закріплення лесових і пористих суглинних ґрунтів, за умови залягання їх вище рівня ґрунтових вод. У свердловину по термостійких трубах подають паливо, спалюючи його при тиску повітря, що нагнітається, 0,1...0,15 МПа. Закріплення ґрунту свердловини й у масиві відбувається під дією полум'я і розпечених газів, що проникають у пори ґрунту. При цьому навколо свердловини утворюється стовп обпаленого ґрунту діаметром 4...8 м, міцність якого підвищується до 1МПа при закріпленні масиву на глибину до 15 м.

Електричним методом закріплюють глинисті ґрунти. Суть його полягає в застосуванні електроосмосу. Для цього через ґрунт пропускають постійний електричний струм з напругою поля 1 В/см і щільністю 1...5 А/м². Такий процес забезпечує ущільнення глини, її осушення і втрату здатності до збільшення об’єму.

Електрохімічний спосіб відрізняється тим, що одночасно з дією електричного струму через трубу, що являє собою катод, і ін’єктором у ґрунт уводять розчини хімічних добавок (силікату натрію, хлористого кальцію, хлористого заліза). У результаті процес закріплення ґрунту інтенсифікується.