зависят от правильного выбора места их складирования. Оптима­

льно они должны размещаться:

• на площадях с инженерно-геологическими и rидрогеологиче­

скими условиями, требующими наименьших затрат на прирадоох­

ранные мероприятия;

•ниже мест водозаборов питьевой воды; рыбоводных хозяйств

имест нереста рыбы;

•на землях, не пригодных для сельского хозяйства, промыш­

ленного и гражданского строительства.

Улучшенные грунты. Многие грунты в их природном залегании

имеют физико-механические свойства, которые не отвечают необ­ ходимым требованиям строительства. Это могут быть как скаль­ ные (трещиноватые, выветрелые), так и нескальные (биогенные, просадочные и т. д.) грунты. Природные грунты, свойства которых ухудшились в процессе строительных работ (искусственно разрых­ ленные, увлажненные и т. д.), называют ухудшенными грунтами.

Свойства грунтов, главным образом, прочностные и деформатив­ ные характеристики, могут быть искусственно изменены в лучшую

сторону с помощью технической мелиорации грунтов. В этом слу­

чае их называют улучшенны.ми грунтами.

Улучшение свойств грунтов производят в условиях природно­

го залегания или после соответствующей переработки и последу­

ющей их укладки, например, в основание объекта. Каждый улуч­

шенный грунт имеет наперед заданные свойства и становится

вполне пригодным для решения тех или иных строительных за­

дач. Для промышленно-гражданского строительства улучшенные грунты чаще всеrо используются в качестве оснований зданий и сооружений. Наиболее широкое применение улучшенные грунты получили при возведении объектов на вечной мерзлоте, проса­

дочных лессовых грунтах.

Глава 11

ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕЛИОРАЦИЯ ГРУНТОВ

Многие грунты в своем природном состоянии по своим свой­ ствам не отвечают тем или иным требованиям строительства. Они могут быть недостаточно прочными, неводостойкими, пере·

увлажненными, рыхлыми, трещиноватыми, с большим содержа·

нием органического материала и т. д. В связи с этим в ряде слу­ чаев появляется потребность в определенном преобразовании

268

грунтов и придании им тех или иных необходимых для строите­

льства свойств.

При решении инженерно-строительных задач очень часто

приходится преобразовывать как скальные и полускальные, так и

дисперсные и мерзлые природные грунты для улучшения их

свойств в соответствии с требованиями видов строительства. Это,

как правило, приводит к созданию улучшенных по свойствам

грунтов. В связи с этим, согласно ГОСТ 25100-95, природными

образованиями, измененными в условиях естественного залегания,

являются природные грунты, для которых средние значения по­

казателей химического состава изменены не менее чем на 15 %.

При этом к ним относятся не только грунты, подвергшиеся це­

ленаправленным изменениям, но и природные грунты, в которых

под влиянием деятельности человека произошли различные из­

менения в составе, строении, состоянии и свойствах.

Решением вопросов улучшения свойств грунтов занимается

специальное направление инженерной геологии - техническая

.мелиорация грунтов. Наиболее широкое применение техническая

мелиорация грунтов нашла при строительстве зданий и сооруже­ ний в целях искусственного изменения свойств грунтов в сторо­ ну улучшения их основных свойств: прочности, водоустойчиво­

сти, снижения водопроницаемости, что особенно важно, когда

эти грунты используются в качестве оснований.

Суrnествуют два основных пути получения улучшенных грун­

тов - уплотнение (изменение физическим воздействием) и закреп­

ление (изменение физико-химическими методами). Под грунтами, измененными физическим воздействием, понимают природные грунты, в которых техногеиное воздействие (уплотнение, замора­ живание, тепловое воздействие, оттаивание и т. д.) изменяет строе­ ние и фазовый состав. Под грунтами, измененными физико-хими­

ческими методами, понимают природные грунты, в которых

техногеиное воздействие изменяет их вещественный состав, струк­ туру и текстуру. При уплотнении, как правило, дисперсных грун­

тов происходит уменьшение их пористости, увеличивается количе­

ство контактов между частицами. Это приводит к увеличению общей прочности грунтового основания и уменьшению его сжима­ емости. Грунты уплотняются как с поверхности (катками, тяжелы­

ми трамбовками, вибрацией, замачиванием), так и в глубине толщ (грунтовые сваи, взрывы, замачивание и т. д.).

При закреплении увеличивается прочность грунтов. Это дости­

гается повышением прочности контактов между отдельными час­

тицами грунта или грунтовыми агрегатами путем склеивания час­

тиц различными химическими веществами (силикатизация, цементация и другие методы), спекания частиц друг с другом (при

269

обжиге грунтов, применении сверхвысоких частот), путем созда­

ния ледовых контактов (замораживание грунтов), путем армирова­ ния грунтового массива (применение различных типов анкеров, геотекстильных и нетканых синтетических материалов) и т. д.

Для упрочнения скальных и полускальных трещиноватых

грунтов используют в основном: закрепляющие методыцемен­

тацию, битумизацию, глинизацию и др. Улучшение свойств дис­

персных грунтов производятся всеми методами как закрепления,

так и уплотнения. Для крупнообломочных грунтов используют

силикатизацию, цементацию, битумизацию, замораживание (при

небольтих значениях коэффициентов фильтрации); для песчаных

грунтовсиликатизацию, термическую обработку, смолизацию,

кольматацию, замораживание, виброуплотнение, трамбование,

укатку, замачивание и др.; для связных грунтовсиликатизацию,

электроосмос, термическую обработку, трамбование, укатку, взры­

вы, замачивание (для лессов), замораживание и др.; для связных органоминеральных и органических грунтов (илы, торф, заторфо­

наиные фунты и др.)- электроосмос, электрохимическое закреп­

ление, замораживание, гравитационное уплотнение и др.

Следует указать, что все многолетнемерзлые грунты (класс мерзлых грунтов) при опаивании резко ухудшают свои прочно­

стные и деформационные показатели.

Наибольшее количество методов улучшения свойств связано с

дисперсными грунтами. Методы имеют различную сферу исполь­

зования: одни методы применимы только в предпостроечный пе­ риод; а другие как в предпостроечный период, так и во время строительства и эксплуатации объекта (метод силикатизации). Ряд способов улучшает свойства грунтов только на поверхности земли и до небольшой глубины (поверхностные методы), например трам­

бование, уплотнение грунтов укаткой. Другие методы дают воз­

можность уплотнять грунты в глубине грунтовых толщ (силикати­ зация, термический обжиг) - это глубинные методы. Существуют методы, которые способны улучшить свойства грунтов, как на по­ верхности, так и в глубине грунтовых массивов, например вибро­

уплотнение.

Улучшение свойств грунтов в ряде случаев осуществляется пос­ ле предварительного нарушения природных структурных связей (трамбование, укатка), а в других случаях это достигается при со­

хранении этих связей (силикатизация, химическая обработка).

Впоследние годы разработаны принципиально новые комп­

лексные методы улучшения оснований сооружений, позволяю­ щие исправлять крен зданий с отклонением от вертикальной оси до 1,0 м.

Втабл. 30 показаны основные методы технической мелиорации.

270

Скальные грунты. Ослабление орочиости скальных грунтов свя­

зано с трещиноватостью и пустотностью. Трещины скрепляются металлическими скобами, заделываются цементными и силикат­

ными растворами, что придает скальным грунтам монолитность и

прочность. Последнее называют тампонажным закреплением. В це­

лях прекращения фильтрации воды трещины заливают горячим битумом или забивают глиной. Аналогичные способы используют для пустот, если они расположены вблизи поверхности земли и

ограничены в объемах (противофильтрационные методы). Водора­

створимые скальные грунты, например, хемогенные известняки,

которые имеют достаточно высокие прочностные и деформацион­ ные показатели, защищают укладкой на их поверхность слоев глин

или тяжелых суглинков (защитные методы).

Дисперсные грунты. Улучшить свойства рыхлых и связных грунтов можно различными методами. По своим особенностям

их разделяют на три группы:

• физико-механические (механические и физические);

271

•физика-химические;

•химические.

Это деление имеет известную условность, поскольку многие

методы по своему содержанию не вписываются в рамки одной

какой-либо группы и часто очень тесно связаны друг с другом.

В литературе по строительству методы технической мелиора­

ции разделяют на две другие группы: методы уплотнения и мето­

ды закрепления грунтов. Под уплотнением имеется в виду меха­

ническое упрочнение грунтов, а под закреплением все другие

способы улучшения свойств (физические, физико-химические и химические).

Физико-механические методы. Механические методы дают

возможность уплотнять дисперсные грунты внешними нагрузка­

ми (давлением, ударами, вибрацией). Различают следующие спо­ собы уплотнения грунтов: 1) трамбованием; 2) грунтанабивными сваями; 3) виброуплотнением; 4) энергией взрыва; 5) укаткой; 6) гравитацией; 7) замачиванием. Сущность всех этих способов од­

нотипная - уплотнение грунтов происходит за счет уменьшения

пористости. При этом природные структуры грунтов нарушаются

и формируются новые структурные связи. Механическое уплот­

нение применяют как для рыхлых, так и для связных грунтов.

Трамбование. В промышленно-гражданском строительстве наи­

большее применение получил метод механического уnлотнения

пылевато-глинистых грунтов трамбованием. Для трамбования ис­

пользуют железобетонные или металлические трамбовки до 7 т, которые сбрасываются на грунт с лекоторой высоты. В последние годы появился опыт применения сверхтяжелых трамбовок (до 80-100 т). Глубина утрамбованных лессовых просадочных суглин,..

ков может достигать 3-3,5 м (при сверхтяжелых трамбовках зна­ чительно больше). Применяют также двухслойное уплотнение.

Вначале на дне котлована вытрамбовывается первый слой. Далее на уплотненный слой отсыпается такой же грунт и тоже трамбует­

ся. Так образуется второй уплотненный слой. Общая мощность

утрамбованного грунта при этом может достигать 5 м. Метод трам­

бования еще используют для вытрамбования строительных котло­

ванов (траншей). В этих случаях дно котлованов будет иметь слой

из уплотненного грунта.

Грунтонабивные сваи относят к методам глубинного уплотне­

ния грунтовых массивов и используют для всех видов пылева­

то-глинистых грунтов, но наибольший эффект они дают в лессо­ вых просадочных грунтах. Вначале в грунте проходят буровые

скважины. При этом вокруг скважин образуются зоны из уплот­ ненных грунтов. Далее скважины заполняют грунтом с уплотне-

272

нием. Такие сваи придают прочность массивам грунтов, а в лес­

совых грунтах устраняют просадочные свойства.

Виброуплотнение применяют для повышения плотности пес­ ков. Различают поверхностное и глубинное виброуплотнения.

Поверхностное виброуплотнение производят с помощью вибри­

рующей плиты (уплотняет до глубины 3 м) и используют для уплотнения оснований, дорожных одежд, песчаных подушек и насыпей. Глубинное виброуплотнение осуществляют глубинными вибраторами при одновременном водонасыщении грунтов. Этот

способ применяют в основном для повышения несушей способ­

ности грунтов оснований.

Энергия взрывов (сейсмическое уплотнение) позволяет произво­ дить уплотнение грунтов в глубине массивов (водонасыщенных песков, лессовых грунтов II типа по просадочности и др.), а так­ же создавать в глубине массивов грунтов подземные пустоты, ко­

торые можно использовать как емкости для хранения нефти и

других жидких продуктов.

Укатку грунтов применяют главным образом в дорожном

строительстве, а также при подготовке оснований под полы в промытленных цехах и при планировке территорий строитель­

ных площадок.

Метод гравитационного уплотнения в виде приложения стати­

ческих нагрузок достаточно широко используют для уплотнения

водонасыщенных грунтов (илов, торфяников и пр.). Различают

наземное и подводное гравитационные уплотнения. Наземное

уплотнение применяют для обжатия и повышения несушей спо­ собности органоминеральных и органогенных грунтов. В качестве пригрузки используют песок (гравий, галечник) в виде слоев

мощностью 2-3 м. Под действием нагрузки происходит отжатие воды и уплотнение грунтов. Способ подводного уплотнения при­

меняют при строительстве сооружений в прибрежных речных и морских водах, где на дне залегают илы. На илы укладывают толщи песка. Илы постепенно уплотняются и становятся доста­

точно надежным основанием.

Метод замачивания используют для механического уплотнения лессовых просадочных грунтов. В насыщенном водой лессовом

грунте под действием собственного веса или собственного веса и

нагрузки от объекта разрушается структура, грунт уплотняется и

теряет свои просадочные свойства. Наиболее эффективно это проявляется в грунтах II типа по просадочности и на тех глуби­

нах, где напряжения в грунте превышают величину начального

просадочного давления. Этот метод применяют как до строитель­

ства, так и в период эксплуатации объектов.

273

Физические методы используют физические поля (электриче­

ские, температурные, магнитные). С помощью этих методов

можно повышать плотность, прочность, водо- и морозостойкость грунтов, устранять просадочные свойства в лессовых Образовани­

ях. Наибольшее распространение получили методы, в основе ко­

торых лежат:

•использование постоянного электрического тока (электрохи­ мическое закрепление и осушение грунтов);

•воздействие на грунты высоких положительных температур (обжиг) и отрицательных температур (замораживание).

Все физические методы способны воздействовать на массивы

грунтов на всю их доступную глубину. Электрический постоян­

ный ток применяется для: электрохимического уплотнения; элект­

роосмотического осушения грунтов. Сущность методов заключается

в пропускании через сильно влажные глинистые грунты постоян­

ного электрического тока. Для этого в грунт забивают металличе­ ские трубы - электроды и пропускают ток. Катионы, находящие­

ся в водном поровом растворе, начинают передвигаться к катоду,

а от катода к аноду. В свою очередь, начинают перемещаться и

анионы. При этом возникают химические реакции, образуются

новые вещества, которые упрочняют структуру грунта. Движение

электрического тока одновременно заставляет передвигаться воду

от анода к катоду, что приводит к осушению грунта.

Эффективность метода улучшения свойств грунтов электриче­ ским током может быть увеличена за счет предварительного вве­

дения в грунт растворов солей или химических веществ, которые

могут способствовать образованию новых и более прочных струк­ турных связей.

Обжиг. В основе метода лежат высокие температуры, которые обжигают грунты и тем самым придают им прочность. Метод ча­

сто называют <<термическим закреплением>> грунтов. Обжиг на­

шел широкое применение в целях устранения просадочных

свойств маловлажных лессовых грунтов. Для этого в просадочном грунте бурят скважины, в которые подают горячие газы, обжига­ ющие грунт. В других случаях обжиг осуществляется за счет сжи­

гания горючего вещества в самих скважинах. При обжиге созда­ ется температура 900-1000 ·с. В результате такого воздействия вокруг каждой скважины в радиусе 1-1 ,5 м грунт превращается

в камнеподобное тело, похожее на кирпич, становится прочным, водоустойчивым и теряет просадочные свойства. Метод обжига позволяет устранять просадочные свойства в пределах всей тол­

щи просадочных грунтов.

Замораживание. Отрицательные температуры используются для

временного закрепления обводненных грунтов, главным образом,

274

в целях прекращения движения грунтовой воды и проникновения

ее в будущий строительный котлован. Для этого вокруг будущего котлована бурят скважины. От специальной установки в скважину подается холодный раствор. Обычно для этого используется рас­

твор хлористого кальция с температурой до -17 °С. Холод раство­ ра замораживает воду. В итоге вокруг котлована образуется льда­

грунтовая стенка, препятствующая проникновению воды в

строительный котлован, что позволяет производить в нем строите­ льные работы. По окончании работ подача холода прекращается и

лед растаивает. Замораживать можно все воданасыщенные грунты,

но чаще всего его применяют для песков.

Физико-химические методы. Эти методы предназначены для обработки на поверхности земли дисперсных грунтов. Они дают

возможность сохранять и даже несколько упрочнять их структуру,

защищать ее от воздействия воды. Улучшение свойств осуществ­ ляется путем обработки грунтов небольшим количеством (не бо­

лее 1-3% от веса грунта) определенных реагентов, которые воз­

действуют на поверхность минеральных частиц и в целом на всю

структуру.

К физико-химическим методам относятся:

•солонцеванне грунтов (обработка солями);

•глинизация (или иначе <<кольматация>>) массивов грунтов гли­

нистыми растворами;

• гидрофобизация, т. е. покрытие грунтовых структур поверх­

ностно-активными веществами, которые позволяют грунту опал­

кивать воду.

Все эти методы чаще всего используют в дорожном строите­ льстве. Для укрепления лессовых грунтов и песков в промыш­ ленно-гражданском строительстве наиболее эффективным спосо­

бом является кольматация. Используя большую пористость, в эти

грунты под давлением нагнетается суспензия из гидрофильной

(монтмориллонитовой) глины. Глинистые частицы заполняют по­ ры, усиливают структурные связи и делают грунты более проч­

ными, менее водопроницаемыми.

Химические методы. Улучшать свойства грунтов можно, воз­ действуя на них органическими и неорганическими вяжущими

веществами, которые вводят в грунты в количестве 1-5 %.

Упрочнение грунтов происходит в результате изменения их со­ става и характера структурных связей. Грунты после такой обра­ ботки значительно увеличивают свою прочность, вода- и моро­

зостойкость, уменьшается их водопроницаемость. Наиболее

широко из химических методов применяют битумизацию и смо­

лизацию (органические вяжущие), силикатизацию, цементацию

и известкование (минеральные вяжущие). Обработка грунтов ор-

275

ганячеекими веществами и известкование относятся в основ­ ном к поверхностным методам, а неорганическими вяжущи­

ми - к глубинным методам.

Битумизацця основана на введении в rрунты биrумов в вИде расплавов, эмульсий или пасr.

Смолизация - это упрочнение глинистых грунтов синтетиче­

скими полимерами (смолами).

Силикатизация основана на внедрении в грунты технического

лом можно закреплять трещиноватые скальные грунты, но наи­

более часто и эффективно этот метод используют для закрепле­

ния песков и лессовых просадочных грунтов (рис. 62).

Упрочнение этих грунтов достигается нагнетанием через сква­

жины-инъекторы жидкого стекла. Грунты становятся камнепо­ добными, прочными, водонепроницаемыми, а лессовые образова­

ния уrрачивают просадочные свойства на длительное время.

Силикатизация также является эффективным средством в упроч­

нении лессовых грунтов, которые, уже будучи основаниями зда­

ний, начали проявлять свои просадочные свойства и привели к

деформациям здания. Силикатизации можно подвергать всю про­

садочную толщу лессового массива.

Метод силикатизации дает наиболее хорошие результаты в

лессовых грунтах типа супесей и суглинков.

6

2

3

5

аб

Ри с. 62. Силикатизация лессовых грунтов:

а- до строительства; б- при деформации зданий в результате просадки в период эксплуата­

ции; 1- уЧасток силихатизации; 2- лессовые просадочные грунты; 3- то же, непросадоч­ ные; 4 - направление инъекции; 5 - лодстилающая толща; 6- ~ния

276