Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Решение комплексных проблем по разработке метода контроля качества производства работ по усилению грунтов основания
.pdf
21
Данные опасных геологических процессов и явлений учитываются при
выборе способа и технологий закрепления грунтов основания фундаментов в
проекте повышению эксплуатационной надежности здания.
2.3. Анализ существующих способов закрепления грунтов основания
фундаментов в условиях плотной городской застройки
Необходимость закрепления грунтов основания фундаментов в условиях
плотной городской застройки возникает при капитальном ремонте аварийных
зданий и при реконструкции. Главными задачами закрепления грунтов
являются: повышение несущей способности основания, ликвидация
просадочных свойств грунтов, снижение деформативности грунтов основания
до допустимого уровня, устройство водонепронецаемых завес. Способ
закрепления грунтов основания существующих назначается в зависимости от
грунтовых условий и с учетом характера деформаций оснований и состояния
несущих конструкций здания.
Согласно СНиП 2.02.01-83, конструктивные мероприятия, уменьшающие
чувствительность сооружений к деформациям основания, включают в себя:
а) рациональную компоновку сооружения в плане и по высоте;
б) повышение прочности и пространственной жесткости сооружений,
достигаемое усилением конструкций, в особенности конструкций
фундаментно-подвальной части, в соответствии с результатами расчета
сооружения во взаимодействии с основанием (введение дополнительных связей
в каркасных конструкциях, устройство железобетонных или армокаменных
поясов, разрезка сооружений на отсеки и т.п.);
в) увеличение податливости сооружений (если это позволяют
технологические требования) за счет применения гибких или разрезных
конструкций;
22
г) устройство приспособлений для выравнивания конструкций
сооружения и рихтовки технологического оборудования.
Примечание. Габариты приближения к строительным конструкциям
подвижного технологического оборудования (мостовых кранов, лифтов и т.п.)
должны обеспечивать их нормальную эксплуатацию с учетом возможных
деформаций основания.
Нормативная литература различает следующие способы устройства
закрепленных массивов грунтов:
инъекционный, осуществляемый путем нагнетания в грунт химических
цементационных растворов с помощью инъекторов или в скважины
(смолязация, силикатизация, цементация);
буросмесительный (путем разработки и перемешивания грунта с
цементом или цементными растворами в скважинах);
термический (путем нагнетания в скважины высокотемпературных
газов или с помощью электронагрева грунта).
Инъекционный способ закрепления грунтов достигается принудительным
нагнетанием в грунт различных вяжущих материалов. К вяжущим относят
любые порошкообразные, жидкие и пастообразные материалы,
превращающиеся в камневидное тело при затворении водой или отвердителем
или после взаимодействия с коагулянтом. Для закрепления грунтов наиболее
часто используют водно-цементные суспензии (см. цементация грунтов) в
чистом виде или с различными отощающими добавками (песок, золы уноса,
молотый шлак и т. д.); водные глинистые суспензии (плотность 1,1-1,5 г/см3);
расплав битума (см. битумизация грунтов) (с температурой 150 С); эмульсии
битума в воде (с концентрацией 50-65 %); раствор жидкого стекла (силиката
натрия) с плотностью 1,05-1,32 г/см3 (см. силикатизация грунтов); некоторые
виды синтетических смол (формальдегидные, эпоксидные, полиуретановые,
полиакриловые и др.).
23
Название способа закрепления грунтов дается по виду инъекционного
Условные
обозначения:
1 - фундамент;
2 - инъекторы;
3 - закрепленные
массивы по
заходкам
раствора или природе физического поля, искусственно прилагаемого к массиву
грунта. Для закрепления трещиноватых скальных, кавернозных, гравийногалечниковых грунтов применяются: цементация, глинизация и битумизация;
для песчаных и лёссовых грунтов – силикатизация и смолизация; для
водонасыщенных глинистых грунтов – методы электрохимического
воздействия; для лёссов – термическая обработка; для плывунов –
электроплавление.
Согласно пособию к СНиП 3.02.01-83, технологические
схемы инъекционного химического закрепления грунтов под фундаментами
существующих зданий, показаны на рис. 2.5.
Схема инъекционного химзакрепления грунтов под фундаментами (рис. 2.6)
существующих зданий по горизонтальной технологии.
Рис. 2.5. Технологические схемы
24
Условные обозначения:
а - план,
б - разрез,
в - схема манжетно-тампонного
инъектора;
1 - инъекторы; 2 - технологические
колодцы; 3 - закрепленный массив; 4 -
остатки сгнивших уплотнительных свай
«коротышей»; 5 - инъекторная
перфорированная труба; 6 - тампон; 7 -
резиновые обоймы
Рис. 2.6. Схема инъекционного химзакрепления грунтов под фундаментами
Силикатизация
Силикатизация – один из способов химического закрепления грунтов.
Осуществляется нагнетанием в грунт через систему инъекторов раствора
крепителя, тремя способами: 1) однорастворная силикатизация; 2)
двухрастворная силикатизация; 3) газовая силикатизация.
связывающего частицы грунта вещества – геля кремниевой кислоты – в
Сущность двухрастворной силикатизации заключается в образовании
результате реакции между растворами силиката натрия (жидкого стекла) и
хлористого кальция. Эта реакция подобна процессу образования песчаников в
природных условиях, но происходит значительно быстрее. Наиболее
интенсивно реакция протекает в течение первых двух часов нагнетания
раствора в грунт, а затем замедляется. Через 10 суток прочность закрепленного
грунта достигает 70-80% от той, которая бывает после завершения процесса –
примерно через 90 суток. Двухрастворную силикатизацию применяют для
укрепления крупных и средней крупности песков с коэффициентом фильтрации
25
от 2 до 80 м/сут. Радиус закрепления таких песков в зависимости от значения
коэффициента фильтрации изменяется от 0,3 до 1 м, а предел прочности
закрепленных грунтов на сжатие через 28 суток составляет 1,5-5 МПа.
Однорастворную силикатизацию используют для закрепления мелких
песков и плывунов с коэффициентом фильтрации 0,3-5 м/сут. Радиус
закрепления таких грунтов 0,3-1 м, а предел прочности на сжатие закрепленных
грунтов 0,4-0,5 МПа. Для упрочнения грунтов используют один раствор,
состоящий из жидкого стекла и фосфорной кислоты.
Способ газовой силикатизации основан на применении в качестве
отвердителя жидкого стекла углекислогогаза С02. Сущность этого способа
заключается в последовательном нагнетании в грунт через инъекторы или
специально оборудованные скважины раствора силиката натрия и углекислого
газа.
Проведенными работами установлено следующее: можно закреплять
данным методом песчаные и супесчаные грунты с Кф=0,1-20 м/сут, в том числе
и водонасыщенные; объем закрепления увеличивается по сравнению с обычной
однорастворной силикатизацией на 75% в зоне аэрации и на 25-40% в
водонасыщенных грунтах; оптимальное количество углекислого газа на 1 м3
грунта равно 4 кг.
Для закрепления лёссов нагнетают раствор жидкого стекла с
отвердителями или без них. В результате коагуляции силиката натрия
отвердителями или при взаимодействии с компонентами лёссов образуется гель
кремневой кислоты, цементирующий грунт. Однорастворная силикатизация с
использованием различных отвердителей используется также для доуплотнения
скальных трещиноватых грунтов.
Область применения. Силикатизация применяется для увеличения
несущей способности песков, для предотвращения просадок лёссов и для
придания водонепроницаемости пескам, супесям и лёссам. Нагнетание рабочих
растворов производится либо через забитые в грунт металлические трубки,
26
перфорированные мелкими отверстиями (инъекторы), либо непосредственно в
скважины. Расстояние между инъекторами принимается в зависимости от
радиуса закрепления (расстояние, на которое распространяется раствор от
точки нагнетания) и колеблется от 0,5 до 1,2 м. По вертикали нагнетание
раствора разделяют на зоны (заходки), которые зависят от длины инъектора, а в
скважинах – ограничиваются тампонами различной конструкции. Величина
одной заходки обычно составляет 0,6-1,0 м. В результате получается сплошной
массив закрепленного грунта требуемого очертания. Силикатизация находит
применение для увеличения несущей способности грунта под фундаментами
существующих зданий и сооружений, для устранения фильтрации в основании
гидротехнических сооружений, при проходке выработок в слабых грунтах, для
предотвращения неравномерных просадок сооружений при строительстве на
лёссовых грунтах и т. д.
Битумизация
Способ горячей битумизации применяется в трещиноватой скальной и
полускальной породах при большой скорости фильтрации. Он состоит в
нагнетании через пробуренные скважины расплавленного битума, который,
остывая в трещинах, сообщает породе водонепроницаемость. Так как битум не
смешивается с водой, а при соприкосновении с ней образует пленку, плохо
проводящую тепло, то при нагнетании он заполняет большие пустоты и
каверны даже при наличии значительных скоростей движения грунтовых вод.
Остывание битума в больших трещинах и пустотах происходит медленно из-за
его слабой теплопроводности, и поэтому радиус распространения его
значителен.
Отрицательным качеством горячей битумизации является то, что в
течение последующего времени при наличии напора грунтовых вод
наблюдается выдавливание битума из трещин; также из-за значительной
вязкости даже расплавленный битум не может полностью заполнить трещины с
27
раскрытием менее 1 мм, таким образом, радиус битумизации колеблется от 0,75
до 1,5 м, а водопроницаемость полностью не снимается.
Указанные выше явления привели к тому, что способ горячей
битумизации стал применяться редко как в гидротехническом, так и в
промышленном строительстве.
Для придания водонепроницаемости песчаным грунтам разработан
способ холодной битумизации, т. е. нагнетания в песчаный грунт битумной
эмульсии. Этот способ целесообразно применять тогда, когда требуется
придать грунту только водонепроницаемость. Основным условием успешного
применения этого способа является приготовление стабильных и однородных
эмульсий. Опыты показывают, что частицы битумной эмульсии могут
проникать в поры грунта, когда их диаметр в 25-35 раз меньше среднего
диаметра частиц грунта. Применение способа холодной битумизации в песках
ограничивается коэффициентом фильтрации от 10 до 50 м/сут.
При наличии в настоящее время других способов, как, например,
силикатизации и смолизации, способ холодной битумизации не получает
широкого применения, так как технология приготовления битумной эмульсии
значительно сложнее технологии приготовления растворов при силикатизации
и смолизации. Разогретый до 200-220 °С битум нагнетают в грунт инъектором
под давлением 2,5-3 МПа. Холодная битумная эмульсия по сравнению с
разогретым битумом обладает большей способностью к прониканию в грунт,
что позволяет использовать ее для закрепления песков. Для этого приготовляют
битумную эмульсию, состоящую из 60% битума, расщепленного в воде с
помощью эмульгатора на мельчайшие взвешенные частицы, и 40% воды.
Полученную эмульсию нагнетают в грунт. Заполняя поры, битумная эмульсия
связывает и закрепляет грунт.
Область применения. Применяется для тампонажного закрепления
трещиноватых скальных (горячая битумизация) и песчаных (холодная
битумизация) грунтов.
28
Горячей битумизации подвергают трещиноватые и кавернозные грунты с
любыми притоками агрессивных и неагрессивных вод при ширине раскрытия
трещин более 0,2 мм (с удельными водопритоками от 0,5 до 100 л/мин.).
Применяется для создания водопреграждающих завес в подземном
строительстве, для проведения шахтных стволов, горизонтальных горных
выработок и других подземных сооружений. Осуществляется через сеть
пробуренных скважин, в которые через инъекторы нагнетается расплавленный
битум (нефтяные или сланцевые). Попадая в трещины и пустоты, битум
вытесняет воду, затвердевает и становится способным выдерживать напор
подземных вод. Может быть предварительной – до проведения горных
выработок, и последующей – после проходки, для придания крепи выработки
водонепроницаемости.
Холодная битумизация с использованием битумных эмульсий
применяется для создания водопроницаемых завес в песчаных грунтах с
коэффициентом фильтрации 50-100 м/сут. Битумная эмульсия состоит из
капелек битума размером 1-10 мкм, диспергированных в воде (концентрация
50-65 %). Стабильность системы поддерживается эмульгаторами (ПАВ – до 3,5
%). Способ инъекции аналогичен. По мере поступления в грунт битумная
эмульсия оттесняет воду, частично смешиваясь с ней. В дальнейшем под
влиянием коагулянтов эмульсия распадается, капли битума сливаются в
единую массу, заполняя компактной массой поры грунта. Для трещиноватых
грунтов метод холодной битумизации применим при удельном
водопоглощении 0,1-1,0 л/мин.
Смолизация
Смолизация - закрепление грунтов смолами. Способ закрепления грунтов,
представляющий собой дальнейшее развитие метода однорастворной
силикатизации и основанный на использовании вместо жидкого стекла
раствора синтетической смолы, а взамен фосфорной кислоты соляной,
называют смолизацией грунтов. В настоящее время разработана технология
29
закрепления карбамидной смолой песчаных грунтов с коэффициентом
фильтрации 0,3-5 м/сут. при содержании глинистых частиц не более 2%. Для
закрепления грунтов используют водный раствор карбамидной смолы, в
который непосредственно перед нагнетанием в грунт добавляют раствор
соляной кислоты. Смесь подают в укрепляемый грунт, используя
оборудование, применяемое для силикатизации. Процесс отверждения грунтов
начинается через 1,5-4 ч после введения раствора соляной кислоты, что
необходимо учитывать при производстве работ. Радиус закрепления грунта в
зависимости от коэффициента фильтрации изменяется от 0,4 до 0,8 м. Предел
прочности укрепленного грунта на одноосное сжатие 1-5 МПа. Вследствие
высокой стоимости синтетических смол смолизацию грунтов пока применяют
крайне редко, однако это обстоятельство следует рассматривать как временное
явление.
Глубинное уплотнение оснований
Для глубинного уплотнения оснований может быть использован метод
винтового продавливания скважин, в основу которого положен способ
образования скважин в грунте спиралевидными снарядами. При проходке
скважин грунт не извлекается, а скважина расширяется до проектного диаметра
путем непрерывного уплотнения грунта с помощью радиально направленных
сил, создаваемых снарядом, который погружается в грунт вращением и осевым
давлением.
Термозакрепление (обжиг)
Применяют для упрочнения сухих макропористых пылевато-глинистых
грунтов, обладающих газопроницаемостью (лёссы).
Сущность термозакрепления: через грунт в течение нескольких суток
(5…12 суток) пропускают раскаленный воздух или газы. Под действием
высокой температуры (800 Cº) отдельные минералы, входящие в состав скелета,
оплавляются. В результате этого образуются прочные водостойкие
структурные связи между частицами.
30
При обжиге грунты теряют большую часть химически связанной воды,
что уменьшает просадочность, размокаемость, способность к набуханию. В
результате термической обработки получается упрочненный конусообразный
массив грунта d по верху 1,5…2,5 м, понизу 0,2…0,4 м, глубина 8…10 м.
Электрозакрепление грунтов
Способ электрозакрепления грунтов основан на том, что под
воздействием постоянного электрического тока в грунтах происходит движение
воды к отрицательному электроду (электроосмос) и одновременно с этим
перемещение коллоидальных взвешенных в воде частиц грунта к
положительному электроду (электрофорез). Кроме того, наблюдаются явления
электролиза и другие сложные химические процессы, приводящие к
образованию кристаллизационных связей и продолжающиеся в течение
нескольких лет. Так, на одной из строек было установлено, что предел
прочности грунта на сжатие, спустя год после прекращения процесса
электрозакрепления, увеличился почти в 2 раза.
Для обезвоживания грунта в него погружают электроды на расстоянии
0,6-1,5 м один от другого. В качестве положительных электродов используют
стальные стержни любого профиля, а в качестве отрицательных – трубы с
отверстиями, расположенными в зоне удаления воды.
Наблюдениями установлено, что под воздействием электрического тока
коэффициент фильтрации песков увеличивается в процессе осушения в 10-20
раз, а глинистых и илистых грунтов – до 100 раз. Это обстоятельство в
значительной степени способствует успеху способа электрохимического
закрепления грунтов, сущность которого заключается в том, что на место
удаляемой через отрицательный электрод воды в освобождающиеся поры
грунта подается из трубчатого положительного электрода цементирующий
раствор жидкого стекла, хлористого кальция или другого вещества.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]