24. Химическое закрепление грунтов

Закрепление грунтов заключается в искусственном преобразовании строительных свойств грунтов в условиях их естественного залегания разнообразными физико-химическими методами, приводящими к образованию прочных и водостойких структурных связей между частицами грунта. Это обеспечивает увеличение прочности грунтов, снижение их сжимаемости, уменьшение водопроницаемости и чувствительности к изменению внешней среды.

Цементация грунтов. Этот метод применяют для упрочнения насыпных грунтов, галечниковых отложений, средних крупнозернистых песков при коэффициенте фильтрации упрочняемых грунтов более 80 м/сут. Цементацию используют также для заполнения карстовых пустот, закрепления и уменьшения водопроницаемости трещиноватых скальных грунтов.

Для цементации грунтов применяют растворы, состоящие из цемента и воды при В/Ц отношении 0,4…1,0.

Цементационные растворы под давлением нагнетаются в грунт через специальные инъекторы – трубы диаметром 25…200 мм, снабженные перфорированным звеном длиной 0,5…1,5 м.

Метод цементации применяется также для усиления конструкции существующих фундаментов.

Силикатизация грунтов. Применяется для химического закрепления песков при коэффициенте фильтрации от 0,5 до 80 м/сут., макропористых просадочных грунтов с коэффициентом фильтрации от 0,2 до 2 м/сут. и насыпных грунтов.

Сущность метода заключается в том, что в грунт через инъекторы нагнетается силикат натрия в виде раствора (жидкое стекло), которым заполняется поровое пространство и при наличии отвердителя образуется гель, твердеющий с течением времени.

Особенностью силикатизации лессовых грунтов является то, что в их состав входят соли, выполняющие роль отвердителя жидкого стекла. Процесс гелеобразования происходит практически мгновенно, прочность растет очень быстро и может достигать для закрепления массива 2 МПа и более. Закрепление водоустойчиво, что обеспечивает ликвидацию просадочных свойств. На полное твердение геля требуется 28 сут.

Для сплошного закрепления массива грунта инъекторы располагают в шахматном порядке на расстоянии 0,45…1,5 м.

Смолизация. Метод закрепления грунтов смолами заключается в ведении высокомолекулярных органических соединений типа карбомидных, фенолформальдегидных и других синтетических смол в смеси с отвердителями.

Метод смолизации рекомендуется для закрепления сухих и водонасыщенных песков с коэффициентом фильтрации 0,5…25 м/сут.

Обычное время гелеобразования составляет 1,5…2,5 ч при времени упрочнения 2 сут.

Почность закрепленного смолой грунта колеблется в пределах 1…5 МПа. Радиус закрепленной области вокруг одного инъектора составляет 0,3…1 м.

Этот метод относится к дорогостоящим.

Глинизация и битумизация. Глинизация применяется для уменьшения водопроницаемости песков. Технология заключается в нагнетании через инъекторы, погруженные в песчаный грунт водной суспензии бентонитовой глины с содержанием монтмориллонита не менее 60%. Глинистые частицы выпадая в осадок заполняют поры песка, в результате чего его водопроницаемость снижается на несколько порядков.

Битуминизацию применяют в основном для уменьшения водопроницаемости трещиноватых скальных пород.

Метод сводится к нагнетанию через скважины в трещиноватый массив расплавленного битума или специальных битумных эмульсий. При этом происходит заполнение трещин и пустот и массив становится практически водонепроницаемым.

Электрохимическое закрепление грунтов. Наиболее часто этот метод применяется для закрепления водонасыщенных глинистых грунтов в сочетании с электоосмосом. В этом методе через аноды в грунт подают водные растворы солей многовалентных металлов, которые соединяясь с глинистым грунтом коагулируют глинистые частицы. Создаются глинистые агрегаты, сцементированные между собой гелями солей железа и алюминия. При этом прочность грунтов существенно возрастает, резко снижается их способность к набуханию.