Объемы закрепляющих растворов находят по зависимости

V_s=100 V n a_s (12.13)

где V — объем закрепляемого грунта; п — пористость грунта; а, — коэффициент, принимаемый при двухрастворной силикатизации для каждого раствора 0,5; при однорастворной силикатизации пес­ков — 1,2; лессовых просадочных грунтов — 0,7; при газовой сили­катизации песчаных грунтов — 0,7; плывунов и лессовых просадоч­ных грунтов — 0,8.

Уточнение технологической схемы и параметров закрепления производится путем проведения опытных работ. Качество закрепле­ния грунтов проверяют бурением контрольных скважин с отбором кернов, вскрытием шурфов с отбором образцов, определением удельного водопоглощения, методами электрокаротажа и зондиро­вания.

Смолизация. Метод закрепления грунтов смолами получил на­звание смолизации. Сущность его заключается во введении в грунт высокомолекулярных органических соединений типа карбамидных, фенолформальдегидных и других синтетических смол в смеси с отвердителями — кислотами, кислыми солями.

Через определенное время в результате взаимодействия с отвердителями смола полимеризуется. Обычное время гелеобразования 1,5...2,5 ч при времени упрочнения до 2 сут. Метод смолизации рекомендуется для закрепления сухих и водонасыщенных песков с коэффициентом фильтрации 0,5...25 м/сут. Прочность на одноосное сжатие закрепленного карбамидной смолой песка колеблется в пределах 1...5 МПа и зависит в основном от концентрации смолы в растворе.

Организация работ по закреплению грунтов смолами анало­гична организации работ по силикатизации. Радиус закрепленной области основания составляет 0,3...1,0 м в зависимости от ко­эффициента фильтрации песка. Метод относится к числу доро­гостоящих. Закрепление карбамидными смолами успешно приме­нялось при строительстве Новолипецкого завода, Харьковского метрополитена.

Глинизация и битумизация. Глинизацию применяют для умень­шения водопроницаемости песков. Технология глинизации 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.

Битумизацию 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. Метод применяют для закрепления водонасыщенных пылевато-глинистых грунтов в соче­тании с электроосмосом. 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.

Напряжение тока при электрохимическом закреплении составля­ет 80...100 В, плотность тока 5.,7 А/м², расход энергии 60...100 кВт*ч на 1 м³ закрепляемого грунта.

Термическое закрепление грунтов. Применяют для упрочнения маловлажных пылевато-глинистых грунтов, обладающих газопро­ницаемостью. Наиболее часто этот метод используется для устране­ния просадочных свойств макропористых лессовых грунтов. Глуби­на закрепляемой толщи достигает 20 м.

Сущность метода термической обработки заключается в том, что через грунт в течение нескольких суток пропускают раскален­ный воздух или раскаленные газы. Под действием высокой тем­пературы отдельные минералы, входящие в состав скелета, опла­вляются. В результате этого образуются прочные водостойкие стру­ктурные связи между частицами и агрегатами грунта. Кроме того, при обжиге грунты теряют значительную часть химически связан­ной воды, что изменяет свойства грунтов и уменьшает или полно­стью ликвидирует просадочность, размокаемость, способность к набуханию.

Температура газов, которыми производится обработка грунта, не должна превышать 750...850° С. Если температура газов окажет­ся выше, стенки скважин оплавляются и становятся газонепроница­емыми. При температурах ниже 300° С ликвидация просадочности лессов не происходит.

Существуют различные способы, оборудование и технологичес­кие схемы термического закрепления.

Одна из технологий заключается в следующем. Пробуривают скважины диаметром 100...200 мм, которые закрывают специаль­ными керамическими затворами. В затворе оборудуется камера сгорания, к которой подают топливо (горючие газы, соляровое масло, нефть и т. п.) и воздух под давлением. Для обеспечения заданной температуры обжи­га необходимо, чтобы коли­чество воздуха, нагнетаемо­го в скважину, было не ме­ньше установленной величи­ны. Для поддержания темпе­ратуры 750... 850° С расход воздуха на 1 кг горючего со­ставляет 34...39 м³ При ука­занном количестве воздуха и средней газопроницаемо­сти грунта порядка 25 м³/ ч количество сгораемого го­рючего на 1 м длины сква­жины не должно превышать 0,85 кг/ч. Термическая обра­ботка производится непре­рывно в течение 5...12 сут. После обработки скважины аппаратуру затворов снима­ют и переставляют на сква­жины следующего участка.

Рис. 12.15. Схемы термического закрепления грунтов при сжигании топлива в устье скважины (а) и при передвижении камеры сгорания вдоль скважины (б):

1 — трубопровод для жидкого топлива; 2 — то же, для воздуха; 3 — форсунка; 4 — затвор с камерой сгорания; 5 — скважина; б — проса-дочный лессовый грунт; 7 — зона термического закрепления; 8 — гибкий шланг; 9 — натяжное устройство;

10 — жароизолирующий материал

В результате термической обработки получается упро­чненный конусообразный массив грунта диаметром поверху 1,5...2,5 м, а понизу на глубине 8...10 м около 0,2...0,4 диаметра поверху (рис. 12.15, а). Образуется как бы коническая свая из обожженного непросадочного грунта с прочностью до 10 МПа. Каждая такая свая вследствие понижения температуры по мере удаления от скважины окружена оболочкой просадочного грунта в пределах зоны температур ниже 300° С.

Применяется также другая технология, которая позволяет сжи­гать топливо в любой по глубине части скважин, в том числе и в нижней части. В результате этого можно создавать обожженные грунтовые массивы (термосваи) постоянного сечения, с уширением внизу или вверху. Сроки обжига в этом случае несколько со­кращаются, упрощается технология работ.

Способ состоит в том, что по длине скважины передвигается камера сгорания, позволяющая обжигать грунт на любом участке скважины. Участок обжига отделяется от остальной части скважи­ны жароупорными диафрагмами-отсекателями. Так, при примене­нии жидкого или газообразного топлива форсунка для его сжигания устанавливается в верхней части передвижной камеры сгорания непосредственно под нижней регулируемой раздвижной диафрагмой (рис. 12.15, б).

Грунты обжигают в виде отдельных грунтостолбов под фун­даменты колонн промышленных цехов или гражданских зданий, а в некоторых случаях производят обжиг грунтового массива в ос­новании всего здания. В этом случае грунтостолбы размещают таким образом, чтобы обожженные упрочненные зоны соприкаса­лись между собой.

Контроль процесса термического закрепления сводится к опре­делению количества тепла, которое прошло через скважину в окру­жающий грунт. После окончания работ отбирают образцы закреп­ленного грунта на различном расстоянии от скважины и испытыва­ют их в лабораторных условиях. При термическом закреплении массива в виде отдельных термосвай рекомендуется проведение опытного закрепления с испытанием термосвай статической нагруз­кой. При сплошном обжиге грунтов в основании, когда грунтостол­бы соприкасаются друг с другом, испытывают обожженный массив штампами площадью не менее 10 000 см².