Задание 4.3
Геологические и инженерно-геологические процессы. Охарактеризуйте одно из следующих положений и сделайте рисунки.
Техническая мелиорация грунтов. Методы технической мелиорации.
К инженерно-геологическим процессам относятся: переработка берегов водохранилищ, просадки в лёссах при обводнении, возникновение оползней при выемки горных пород, строительстве городов , дорог, карьеров и т.п., деформация пород под воздействием фильтрации потока вод при сооружении платин, откачек вод из выработок, активизация выветривание и т.п.
Техническая мелиорация грунтов – занимается теоретической и экспериментальной разработкой методов искусственного улучшения или коренного изменения свойств грунтов, горных пород и почв в соответствии с запросами и спецификации различных видов строительства. Техническая мелиорация грунтов бывает поверхностной и глубинной.
Поверхностные методы мелиорации применяются при строительстве дорог, аэродромов, а также осушение и орошение сельскохозяйственных земель. К поверхностным методам улучшения грунтов относятся: укрепление грунтов нейтральными (гравийные, песчаные, глинистые) добавками, различными вяжущими веществами (цемент, известь, смолы, полимерные материалы), уплотнение механическими нагрузками (трамбовки, вибраторы, катки), термическая обработка грунтов. В настоящее время ведутся работы по созданию эффективных, экологически безопасных реагентов, обеспечивающих повышение прочности грунтов, новых материалов, позволяющих армировать грунты (геотекстиль), уменьшать или максимально снижать водопроницаемость (полимерные пленки).
Осушительная мелиорация направлена на преобразование переувлажненных угодий в плодородные земли и включает в себя строительство осушительных систем, освоение и окультуривание осушаемых земель.
Оросительная мелиорация направленна на доставку и равномерное распределение воды на засушливых землях и включают в себя строительство поверхностных, почвенных оросительных систем или систем дождевания.
К глубинным методам мелиорации относятся замораживание (плывуны), термическое укрепление (лессы), цементация, силикатизация, электростатическое осушение и другие способы улучшение оснований. Глубинные методы широко используются для усиления оснований под существующими сооружениями, при строительстве сооружений на просадочных грунтах и плывунах, гидротехническом строительстве и проходке горных выработок. В связи со спецификой строительства и эксплуатационными требованиями различных видов сооружений в настоящее время сложилась дифференциация технической мелиорации грунтов на отдельные ее разделы.
Схема искусственного замораживания грунтов
1-охлождающая колонка, 2-замораживающая труба, 3-питающая труба, 4-патрубокдля подсоединения холодильной установки, 5-замороженный грунт.
Замораживание грунтов применяется в сильно водонасыщеных 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 (раствор солей с низкой температурой замерзания), охлажденной холодильной установкой до 20-25˚. Охлаждающие иглы состоят из наружных труб, закрытых и заостренных снизу, и внутренних, вставленных в них коаксиально и открытых снизу. Рассол поступает во внутреннюю трубу, а в нижней части колонки переходит в наружную трубу, по которой поднимается вверх, после чего направляется к следующей колонке. Окружающий грунт замерзает концентрическими цилиндрами с постепенно увеличивающимися диаметрами. Эти цилиндры смерзаются в сплошную стену мерзлого грунта, которая выполняет функцию ограждения временной выемки.
Цементация и битумизация заключается в инъекции цементного раствора или разогретых битумов в пористые грунты с высоким коэффициентом фильтрации, а также в трещиноватые скальные породы.
Химическим способом закрепляют песчаные и лессовые грунты нагнетанием в них через инъекторы химических растворов.
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-глухии звенья; 10-перфорированное звено (с отверстиями диаметром 1-3мм.); 11-наконечник.
Химический способ может быть двух- и одно растворный. Двух растворное закрепление состоит в последовательном нагнетании в грунт сначала водного раствора силиката натрия, а затем хлористого кальция. Раствор вступает в реакцию и образует гель кремниевой кислоты, который обволакивает зерна грунта и, твердея, связывает их в монолит. Этот способ применяют в достаточно хорошо дренирующих грунтах (коэффициент фильтрации 2…80 м/сут.). при этом прочность грунта достигает 1,5…3МПа.
Одно растворное закрепление (смесь силиката натрия и отвердителя) используют для слабо дренирующих грунтов с коэффициентом фильтрации менее 0,3 м/сут. Прочность закрепленного грунта 0,3…0,6 МПа.
Раствор при химическом закреплении нагнетают специальными трубами-инъекторами, погружаемыми раздельно или пакетами по 5 шт. Расстояние между инъекторами принимают в зависимости от вязкости раствора и типа грунта, уточняют экспериментально.
Водоотлив и понижение уровня грунтовых вод.
а) из котлована; б) из траншеи; 1-зумпф; 2-ус.
Выемки от поверхностных вод защищают путем устройства водоперехватывающих нагорных и водоотводящих канав или системы дренажей. Продольный уклон лотков или канав назначают в зависимости от рельефа местности и принимают равным не менее 0,003. На размеры лотков или канав и на методы их укрепления влияют приток воды и скорость течения. Водоотлив применяют при незначительном притоке воды в выемки. Осушение выемки открытым водоотливом заключается в том, что при разработки котлована в водоносном грунте подошве выемки придают небольшой уклон к устраиваемому в самой пониженной части приямка (зумпфу), из которого воду откачивают насосами поршневым, диафрагмовым или центробежным, и отводят по лоткам или водоотводным канавам от выемки. Затем разработку котлована ведут наклонными слоями с заглубленным зумпфом. При разработке траншеи зумпф устраивают в специальном отсеке траншеи, называемом усом.
Открытый водоотлив используют в глинистых и песчаных пылевых грунтах с коэффициентом фильтрации менее 1 м/сут. Применение его ограничено из-за того, что в выемке практически всегда присутствует вода, усложняющая производство работ и нарушающая устойчивость грунтового массива.
В грунтах с высоким коэффициентом фильтрации (более 2 м/сут) можно понизить уровень грунтовых вод: легкими иглофильтровыми установками; эжекторными иглофильтрами; скважинами, сбрасывающими воду в нижележащие поглощающие слои или в специальные выработки, и др.
а-для котлована; б-для траншеи; в-схема работы клапанов фильтрующего звена при погружении в грунт и в процесс откачки воды; 1 – насосы; 2 – кольцевой отсасывающий коллектор; 3 – депрессионная кривая; 4 – фильтрующее звено; 5 – фильтрующая сетка; 6 – наружная труба; 7 – внутренняя труба; 8 – кольцевой клапан; 9 – гнездо кольцевого клапана; 10 – шаровой клапан; 11 – ограничитель.
Иглофильтровые установки состоят из ряда стальных труб, погружаемых в грунт по периметру котлована или вдоль траншеи. К нижней части трубы присоединено звено для фильтра, состоящее из наружной перфорированной и внутренней глухой трубы. Наружная труба в низу имеет наконечник с шаровыми и кольцевым клапанами. На поверхности земли иглофильтры присоеденяют водосборным коллектором к насосной установке (обеспеченной резервными насосами). При работе насосов уровень воды в иглофильтрах понижается, и из-за дренирующих свойств грунта он понижается и в окружающих грунтовых слоях, образуя новую границу уровня грунтовых вод, называемую депрессионной кривой. Иглофильтры погружают в грунт через буровые скважины или путем нагнетания в трубу иглофильтра воды под давлением до 0,3 МПа (гидравлическое погружение). Поступая к наконечнику, вода опускает шаровой клапан, а кольцевой клапан, отживаемый при этом к верху, закрывает зазор между внутренней и наружной трубами. Выходя из наконечника под давлением, струя воды размывает грунт, обеспечивает погружение иглофильтра. Когда вода всасывается, из грунта через фильтровое звено, клапаны занимают обратное положение: шаровой клапан за счет разряжения поднимается, а кольцевой опускается, открывая воде, профильтровавшиеся в зазор между обеими трубами фильтрового звена, путь в открытый снизу конец внутренней рубы.
Применение иглофильтровых установок наиболее эффективно в чистых песках и песчанно-гравелистых грунтах. Наибольшее понижение уровня грунтовых вод, достигаемое в средних условиях одним ярусом иглофильтров, составляет около 5м. При большей глубине понижения применяют двухъярусные установки.
Эжекторные иглофильтровые установки и глубинные насосы использую при разработке больших выемок и при необходимости понижения уровня грунтовых вод на глубине 20 и 30 м(при одноярусном понижении). Фильтровое звено эжекторного иглофильтра устроено по принципу легкого иглофильтра, а над фильтровое звено состоит из наружной внутренней трубы с эжекторной насадкой. Рабочую воду, под давлением 750…800 кПа, подают в кольцевое пространство между внутренней и наружной трубами и через эжекторную насадку вверх по внутренней трубе. В результате резкого изменения скорости движения рабочей воды в насадке создается разрежение и тем самым обеспечивается подсос грунтовой воды, грунтовая вода смешивается с рабочей и направляется в циркуляционный бак. Из циркуляционного бака избыток воды (за счет поступления грунтовой ), откачивается низконапорным насосом или сливается самотеком.
При выполнении заданий данного раздела рекомендуется использовать следующие источники: [1, с. 116-240, 299-390,427], [2, с. 232-272, 369-404], [3, с. 151-201], [4, с. 85-93, 95-148], [5, с. 94-141, 238-297].