Искусственное закрепление грунтов
Совокупность воздействий, в результате которых повышается прочность грунта, он становится не размываемым представляет собой искусственное закрепление грунтов. Закрепляют грунты для создания вокруг разрабатываемых выемок водонепроницаемых завес и повышения несущей способности грунтовых оснований. В зависимости от физико-механических свойств грунта, его состояния, требуемой степени и назначения закрепления существуют следующие способы искусственного закрепления грунтов: замораживание, цементация, битумизация, химический, электрохимический и др.
Замораживание грунтов применяют в сильноводонасыщенных грунтах (плывунах) при разработке глубоких выемок. Для этого по периметру котлована погружают замораживающие колонки из труб, соединенные между собой трубопроводом, по которому нагнетают специальную жидкость-рассол (растворы солей с низкой температурой замерзания), охлажденный холодильной установкой до -20...-25°С. Способ загораживания имеет следующие недостатки: временное сохранение эффекта (на период действия замораживающей установки), длительный процесс естественного оттаивания, повышение влажности грунта за счет миграции воды из теплых слоев грунта к охлажденным (под действием градиента температур) и др.
Цементирование – для закрепления крупных и зернистых грунтов и трещиноватых пород, путем нагнетания в грунт раствора через инъектор. Инъектор представляет собой звенья стыкуемых по длине перфорированными трубами длиной до 1.5 м и диаметром до 50мм. к верхней части инъектора подсоединяется шланг для подачи раствора под давлением. Радиус закрепления в трещиноватых скальных породах -1.2-1.5м; в крупнозернистых песках – 0.5-0.75 м; в песках средней крупности 0.3-0.5м. нагнетание раствора прекращают, когда при заданном давлении резко снижается расход раствора (за 20 минут в скважину попадает менее 20 л. раствора).
Цементация
оснований:
а) погружение инъектора;
б) нагнетание раствора;
в) последовательность нагнетания раствора при устройстве противофильтрационной завесы; г) схема цементации нисходящими зонами; д) схема цементации восходящими зонами;
1–отбойный молоток; 2 – оголовок; 3 – труба-удлинитель; 4 – перфорированная часть с острием; 6 – домкраты; 7 – растворопровод; 8 – зоны цементации; 9 – скважины; 1-я, 2-я и 3-я – зоны цементации по высоте
Химическое закрепление (силикализация) – используется для закрепления песчаных и лессовых грунтов путем последовательного нагнетания через инъекторы в грунт сначала водного раствора силиката натрия Na2SiO3, а затем хлористого кальция CaCl2. Растворы вступают в реакцию, образуют гель кремниевой кислоты nSiO2*mH2O, который обволакивает зерна грунта и твердея связывает их в монолит. Применяется при коэффициенте фильтрации грунтов kf=2…80 м/сут. В крупных песках радиус закрепления до 2.5м; пески – до 1 м; лессовые грунты – до 1м.
С
хема
установки для химического закрепления
грунтов.
а - установка; б - инъектор;1 - распределительный напорный коллектор; 2 - насос; 3 - емкость для раствора; 4 - инъектор; 5 - массив закрепленного грунта; 6 - слабый грунт; 7 - прочный подстилающий грунт; 8 - наголовник; 9 - глухие звенья; 10 - перфорированное звено (с отверстиями диаметром 1...3 мм); 11 - наконечник
Битумизация – для закрепления песчаных и сильно трещиноватых грунтов, обеспечивает прекращение фильтрации через них воды. Горячий битум нагнетают в грунт через инъекторы в несколько этапов.
Электрическим способом закрепляют влажные глинистые грунты. Заключается он в пропуске через грунт постоянного электрического тока с напряженностью поля 0,5... 1 В/см и плотностью тока 1...5 А/м2. При этом глина осушается, сильно уплотняется и теряет способность к пучению.
Электрохимический
способ.
Это способ применяют для глинистых и
илистых грунтов. В грунт параллельными
рядами через 0,6...1,0 м забивают металлические
стержни или трубы, по которым пропускают
постоянный электрический ток напряжением
30...100 В и силой тока 0,5...7 А на 1 м вертикального
сечения закрепляемого грунта. При
погружении в грунт чередуют через ряд
металлические стержни (аноды) и трубы
(катоды), через которые в грунт подается
раствор хлористого кальция, силиката
натрия, хлорного железа и других
химических добавок, увеличивающих
проходимость тока, а значит и интенсивность
процесса закрепления грунта. Методы
применимы при малых коэффициентах
фильтрации грунта 0,2...2 м/сут. В результате
насыщения грунта раствором хлористого
кальция и пропускания затем по этому
грунту электрического тока в грунте
происходят необратимые изменения, в
частности, они перестают пучиниться,
увеличиваются их прочностные
характеристики.
Схема инъекционного закрепления грунтов: а - для одиночной проходки; 6 - для сплошного массива: 1 - расчетный массив закрепленного грунта от одной проходки; 2 - действительный массив закрепленного грунта от одной проходки для однородной среды; 3 - инъекторы; 4 - перфорированная часть иньектора; 5 - сплошной массив закрепленного грунта; где г - расчетный радиус закрепления от единичной инъекции, м.