2.3. Ущільнення ґрунтового масиву та заміна слабкого грунту основи.

Ущільнення грунтів, штучне перетворення властивостей грунтів в будівельних цілях без корінної зміни їх физико-хімічного стану, є процесом взаємного переміщення часток грунту, в результаті якого збільшується число контактів між ними в одиниці об'єму унаслідок їх перерозподілу і проникнення дрібних часток в проміжки між великими під дією механічних зусиль, що додаються до грунту. В. р. виробляється головним чином для забезпечення їх заданої щільності і, отже, зменшення величини і нерівномірності подальшій осідання підстав і земляних споруд. При В. р. підвищується їх міцність, зменшуються стисливість і фільтраційна здатність. При ущільненні водонасичених грунтів відбувається віджимання води з пір грунту. Міра В. р. оцінюється щільністю грунту, тобто об'ємною масою його скелета (висушеного грунту). Ущільненим називається (умовно) грунт, об'ємна маса скелета якого рівна не менше 1,6 т/м 3 .

В. р. отримало поширення в гідротехнічному, автодорожньому і залізничному будівництві, при виконанні земляних робіт пов'язаних з вертикальним плануванням забудовуваних територій, при засипці котлованів і траншей після пристрою фундаментів, прокладки підземних комунікацій і т.п. Вельми ефективно В. р. при підготовці підстав під будівлі і споруди, що зводяться на неоднорідних (по стисливості) насипних, просадчиках і водонасичених грунтах.

Розрізняють поверхневе і глибинне В. р. При поверхневому В. р. застосовують катки дорожні, трамбуючі машини, віброплити і т.п. Глибинне В. р. виробляється за допомогою вертикальних піщаних дрен, паль, гидровіброуплотненієм і ін. способами. Поверхневе В. р. виробляють при оптимальній вологості грунту. Якщо природна вологість грунту менше оптимальною, його заздалегідь зволожують. Для контролю якості В. р. здійснюють статичне і динамічне зондування грунтів, а також відбір зразків грунту з ущільненого шару з метою дослідження його прочностних, деформаційних і фільтраційних властивостей.

2.4. Цементизація, силікатизація, термічне закріплення грунтів, тощо.

Найбільше поширення в практиці будівництва здобула однорозчинна або дворозчинна силікатизація, тобто нагнітання в ґрунт розчинів, котрі в своєму складі містять силікат натрію (рідке скло). Якоюсь мірою силікатизація нагадує процес, що виникає у природних умовах при створенні пісковиків. Однорозчинну силікатизацію в лесових ґрунтах запропонував В. В. Аскалонов. Пізніше технологію процесу силікатизації вдосконалили

В. Є. Соколович, А. А. Акімов. Вони поширили застосування прийому на закріплення пливунів та влаштування протифільтраційних запон. Однорозчинна силікатизація полягає в закачуванні в ґрунт через ін’єктори – металеві перфоровані труби, які змонтовані з ланок 1...1,5 м завдовжки та діаметром 38 мм, рідкого розчину силікату натрію з добавками коагуляторів. Залежно від технологічної схеми ін’єктори розташовують вертикально,

похило або навіть горизонтально щодо поверхні ґрунту. Глибина закріплення залежить від ґрунтових умов й особливостей будівель. При дворозчинній силікатизації через ін’єктори під тиском 0,2-0,3 МПа по черзі нагнітають розчини рідкого скла і хлориду кальцію Такий метод використовують для закріплення пісків. Закріплювач подають при зануренні ін’єкторів зверху вниз, а розчин для тужавіння маси під час зворотного руху ін’єкторів – знизу вверх. Взаємодія силікату натрію з сіллю типу хлориду кальцію, яка міститься в природному ґрунті, приводить до створення гелю кремнієвої кислоти. Останній із часом тужавіє. Через 28 діб міцність штучно створеного матеріалу досягає 0,4...1,5 МПа. Найбільший ефект використання такого прийому виникає при закріпленні лесового ґрунту з коефіцієнтом фільтрації більше ніж 0,2 м/добу. При цьому відбувається:

– зниження пористості на 7 %;

– зниження числа пластичності на 64 %;

– збільшення щільності на 6 %;

– збільшення зчеплення до 8,5 разів;

– збільшення кута внутрішнього тертя майже до 1,2 разу;

– збільшення модуля деформації до 6 разів;

– зменшення коефіцієнта відносної просадочності у 15 разів.

Для закріплення лесового ґрунту використовують також газову силікатизацію, при якій, крім закачування розчину рідкого скла, через ін’єктори в ґрунт нагнітають вуглекислий газ. Останній сприяє швидкому та повному тужавінню закріпленої маси ґрунту.

Таким чином, щоб мати надійні результати силікатизації ґрунтів, необхідно на кожному будівельному майданчикові проводити детальні дослідження, у тому числі хімічні аналізи ґрунтів і дослідні роботи, для того, щоб на основі цих даних підібрати відповідну рецептуру закріплення і спосіб подавання розчину в ґрунт. Основна задача при підбиранні рецептури – визначення оптимального терміну гелеутворення для конкретних умов закріплення. Закріплення ґрунту за допомогою силікатизації використовують для створення суцільного масиву закріпленого ґрунту під стрічкові фундаменти або плити та у вигляді поодиноких масивів, між якими є ділянки незакріпленого ґрунту, під окремі фундаменти.

Для закріплення ґрунту, що має велику водопроникність (вивітрілі скельні породи, гравій, галька, гравійні та крупні піски), іноді застосовують цементацію. Вона полягає в нагнітанні в ґрунт суміші цементу, води і добавок у вигляді дрібного піску, кам’яного борошна, іноді бентонітової глини, а також хімічних речовин для прискорення або, навпаки, сповільнення тужавіння розчину. Обладнання для цементації використовують те ж саме, що й для силікатизації або смолізації. Для того, щоб виключити просочування розчину через свердловину нагору, верхню її частину влаштовують більшого діаметра і заповнюють цементним розчином, а потім після його тужавіння та утворення цементного стовпа через нього знов пробурюють свердловину. Для цементації використовують розчинонасоси. Радіус закріплення визначають дослідом. Якщо розчин в конструкції фундаменту відсутній, або зруйнувався, то для підвищення його міцності через похилі шпури й ін’єктори у фундамент під тиском 0,2-0,6 МПа подають цементний розчин, який проходить у порожнини і заповнює їх. Після тужавіння розчину міцність фундаменту підвищується, а водопроникність зменшується. Залежно від мети цементування на одну частину цементу беруть 10-50 частин (за масою) води.

У сучасному будівництві термічну обробку застосовують у товщах лесових ґрунтів, котрі віднесено до ґрунтових умов II типу, для усунення просідання перед будівництвом об’єктів або для ліквідації аварійного стану існуючих споруд.Суть термічного закріплення

ґрунту полягає в спалюванні рідкого, твердого або газоподібного палива, яке через форсунку під тиском подають у заздалегідь пробурені свердловини. Одночасно в свердло-

вину за допомогою компресора через трубу подають повітря, щоб забезпечити горіння факела. Після підвищення температури в свердловині до 400 °С починається активне

випалювання лесового ґрунту по її стінках. Випалювання продовжується протягом 5...10 діб із регулюванням рівня тиску та місця обмежуючого сальника в свердловині. У кінці процесу створюється стовп випаленого ґрунту діаметром 1,5...3 м. Найбільша висота стовпа становить 18-19 м. Дуже важливо постійно підтримувати ефективну температуру в зоні випалення. Якщо вона буде нижче ніж 400 °С, то усунення просадочності не відбудеться. Якщо температура буде вищою за 900 °С, то виникне спікання ґрунту

та спливання його вниз по стінках свердловини.