Временное крепление стенок выемок

При разработке выемок в водонасыщенных грунтах или в стесненных условиях, когда при этом невозможно обеспечить требуемое заложение откосов, вертикальные стенки закрепляют специальными временными крепями. Временная крепь может быть выполнена в виде деревянного или металлического шпунта, деревянных щитов с опорными стойками, щитов с распорными рамами и других конструкций.

Шпунтовое ограждение (рис.6а) - наиболее дорогой из существующих способов. Чаще всего применяют при разработке выемок в водонасыщенных грунтах вблизи существующих зданий и сооружений. Шпунт забивают до разработки выемки, чем обеспечивают устойчивое и естественное состояние грунта за ее пределами.

Стенки котлованов и траншей, разрабатываемых в грунтах естественной влажности, целесообразно крепить деревянными щитами (рис.6б) с опорными стойками (сваями). Опорные стойки крепят с помощью металлических оттяжек или деревянных схваток к анкерным сваям, забиваемым за пределами призмы обрушения. Щитовое крепление с опорными стойками устраивают в процессе или после разработки выемки в зависимости от степени подвижности грунта.

Когда можно установить поперечные распорки, стенки крепят деревянными щитами с распорными рамами (рис.6в). Наиболее эффективны инвентарные распорные рамы из трубчатых стоек и распорок из-за их малой массы, легкого монтажа и демонтажа (рис.6г). Металлические трубчатые стойки по высоте имеют отверстия для крепления распорок. Распорка телескопического типа состоит из наружной и внутренней труб, поворотной муфты и опорных частей. В зависимости от ширины траншеи, расстояние между стойками устанавливают выдвижением внутренней трубы из наружной и фиксируют болтом, вставляемым в отверстия труб. Щиты к стенкам выемки прижимают поворотом муфты с винтовой нарезкой.

Необходимость и способ крепления стенок выемок устанавливают в проекте производства работ. Во всех случаях временная крепь должна легко собираться и разбираться, быть прочной, воспринимать давление грунта и возможные дополнительные нагрузки от складируемых материалов и машин без значительных деформаций, не стеснять рабочее место и обеспечивать безопасное производство работ.

Искусственное закрепление грунтов

Совокупность воздействий, в результате которых повышается прочность грунта, он становится неразмываемым, а в некоторых случаях и водонепроницаемым, 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 (рис.7).

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 стенку мерзлого грунта, которая выполняет функцию ограждения временной выемки.

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. Однако технология замораживания и технические средства для ее выполнения достаточно отработаны, и поэтому, несмотря на указанные недостатки, этот способ широко используют.

Цементация и битумизация заключаются в инъецировании, соответственно, 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.

Рис.7. Схема искусственного замораживания грунтов

1 - охлаждающая колонка; 2 - замораживающая труба; 3 - питающая труба;

4 - патрубок для подсоединения к холодильной установке; 5 - замороженный грунт

Рис.8. Схема 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

Химический способ может быть двух- и однорастворный. Двухрастворное закрепление состоит в последовательном нагнетании в грунт сначала водного раствора силиката натрия (),а затем хлористого кальция (). Растворы вступают в реакцию и образуют 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... 3 МПа.

Однорастворное закрепление (смесь силиката натрия и отвердителя) используют для слабодренирующих 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. Расстояния между инъекторами принимают в зависимости от вязкости раствора и типа грунта, уточняют экспериментально.

Электрическим способом закрепляют влажные глинистые грунты. Заключается он в пропуске через грунт постоянного электрического тока с напряженностью поля 0,5... 1В/см и плотностью тока 1...5 А/м. При этом глина осушается, сильно уплотняется и теряет способность к пучению.

Электрохимический способ отличается от предыдущего тем, что одновременно с электрическим током в грунт вводят через трубу, являющуюся катодом и служащую инъектором, растворы химических добавок, увеличивающие проводимость тока (силикат натрия, хлористый кальций, хлористое железо и др.). Благодаря этому интенсивность процесса закрепления грунта возрастает.