Закрепление грунтов

Несущую способность слабых грунтов и трещиноватых горных пород можно увеличить методами искусственного за­крепления, к которым относятся: сили­катизация, смолизация, термическое за­крепление и цементация.

Силикатизация и смолизациясходны по технологии, предусматривающей рас­чистку участков закрепления, погруже­ние инъекторов, приготовление и нагне­тание растворов, извлечение инъекторов, тампонаж скважин.

Приготовленный в специальной уста­новке (рис. V.2, а) закрепляющий раст­вор по разводящей системе нагнетают в инъекторы (рис. V.2, б). Забивной инъ-ектор представляет собой стальную тол­стостенную трубу с заостренным нако­нечником, перфорированную в нижней части на высоту 0,5... 1,5 м (рис. V.2, в). Инъекторы забивают на глубину до 7 м пневматическими молотами массой до 30 кг. Извлекают инъекторы лебедкой с помощью копра или 10-тонным домкра­том.

Рис. V.2. Химическое укрепление грунтов:

а — специальная установка для приготовления закрепляющего раствора; б — схема подключения инъекторов; в — забивной инъектор; г — схема тампонирования скважины инъектором; / — насосы; 2 — магистральный трубопровод; 3 — емкости для раствора; 4 — сеть водопровода; 5 — автоклав; 6 — цистерна для жидкого стекла; 7 — подключение гибких шлангов; 8 — забивные инъекторы; 9 — массив укрепляемого грунта; 10 — наголовник; 11 — глухое звено забивного инъектора; 12 — перфорированное звено; 13 — шланг для подачи сжатого воздуха; 14 — верхний и нижний фланцы; 15 — резиновый чехол тампона; 16 — труба для подачи раствора; П — изолированная полость скважины

Грунт закрепляют заходками — верти­кальными зонами, равными длине перфо­рированной части трубы плюс 0,5 радиу­са закрепления. Для нагнетания раство­ра используют гидравлические насосы производительностью до 0,01 м³/мин, соз­дающие давление до 1,5 МПа.

На глубину до 30 м грунты закрепляют с помощью инъекторов-тампонов. В пред­варительно пробуренные скважины диа­метром 60...120 мм погружают инъекто-ры-тампоны на заданную глубину. За­крепление производят заходками высотой h от 3 до 8 м, начиная с нижней. Резино­вый чехол тампона инъектора (рис. V.2, г), поддутый сжатым воздухом, предотвращает выход раствора в верхние заходки.

После насыщения первой заходки до заданного радиуса инъекции г, м, инъек­тор поднимают на вышележащую заход-ку, опять поддувают манжет и подают раствор в ненасыщенный грунт очередной заходки. Продолжительность нагнетания раствора на каждой заходке одной сква­жины, мин, определяют по формуле

Т= l,67r²/i/Q, (V.I)

где Q — объем раствора, подаваемый в скважину, м³/мин.

Лессовидные грунты закреп­ляют только раствором силиката натрия. При его взаимодействии с солями каль­ция, содержащимися в лессах, образует-

ся гель кремниевой кислоты, который цементирует частицы лесса, превращая их в камневидную массу. Этот способ называется однорастворной силикатиза­цией.

В п е с к а х (сухих, а также водона-сыщенных) с высоким коэффициентом фильтрации применяют метод двухраст-ворной силикатизации (рис. V.2, в, г): сначала на каждой заходке под давлени­ем до 0,5 МПа нагнетают раствор силика­та натрия, затем — хлорида кальция. Силикат натрия нагнетают на каждой заходке при забивании инъекторов, а хлорид кальция — при извлечении их из грунта. Нагнетание производят мед­ленно (2...5 л/мин), чтобы обеспечить равномерное впитывание растворов в грунт по всей зоне закрепления.

Пылеватныепески (сухие и водо-насыщенные) закрепляют гелеобразую-щей смесью растворов силиката натрия и фосфорной кислоты.

Для закрепления мелких песков применяют также водный раствор карба-мидной смолы в смеси с раствором соля­ной кислоты. Такую смесь составляют непосредственно перед нагнетанием в инъекторы. Способ этот называют смо-лизацией.

Во всех случаях при перерывах в ра­боте инъекторы следует извлечь и про­мыть горячей водой. Насосы и подающие трубы также промывают. По окончании

закрепления грунта все скважины там­понируют глиной или местным перемя­тым грунтом.

Термический способ применяют только для закрепления лессовидных и пористых суглинистых грунтов при залегании их выше уровня грунто­вых вод.

Термическое закрепление является ре­зультатом сжигания топлива (газообраз­ного, жидкого, сжиженных газов) непо­средственно в скважинах, пробуренных на всю глубину закрепляемого грунта. Сжигают топливо при давлении нагне­таемого воздуха 0,115...0,15 МПа. За­крепление грунта в скважине происходит под действием пламени, а в теле масси­ва — от раскаленных газов, проникаю­щих сквозь поры грунта. В результате вокруг скважины образуется столб обож­женного грунта, диаметр которого зави­сит от продолжительности обжига и ко­личества топлива: за Ю...20сутон может быть доведен до 4...8 м при расходе жидкого топлива 80... 120 кг на 1 м сква­жины и до 30...40 м³ сжатого воздуха на 1 т топлива.

Этим способом можно закрепить грун­ты и устранить их просадочность на глу­бину до 15 м, доведя прочность в среднем до 0,6... 1 МПа.

Цементацией закрепляют трещинова­тые скальные породы, а также гравели-стые и рыхлые песчаные грунты. Цемен­тация состоит из процессов расчистки поверхности грунта, с которой произво­дят закрепление; бурения скважин, их продувания или промывки (в скальных породах); установки инъекторов; гидрав­лического опробования скважины; нагне­тания инъекционного раствора; извлече­ния инъекторов.

Для цементации используют растворы с водоцементным отношением от 0,4 до 1; расход раствора составляет 20...40 % объема закрепляемых пород. Нагнетают раствор через такие же инъекторы, как для силикатизации.

В песчаные и гравелистые грунты инъекторы забивают на величину заход-ки — высоту вертикальной зоны закреп­ления. После нагнетания раствора инъ­екторы углубляют до следующей зоны.

Скальные породы также закрепляют зонами, но скважины бурят на глубину только первой заходки; закончив на ней

нагнетание раствора, инъектор извлека­ют, а скважину добуривают на глубину очередной зоны, не ожидая схватывания раствора.

Гидравлическим испытанием скважин, проводимым перед началом работ по за­креплению, определяют степень водопо-глощения, по которой подбирают состав и консистенцию раствора. Одновременно поверхность частиц грунта увлажняется, что предотвращает осаждение раствора в ближайших к скважине порах и позво­ляет достичь максимального радиуса закрепления.

Раствор перед подачей непрерывно перемешивают. Его нагнетают в инъекто­ры по напорным шлангам, пользуясь двухпоршневыми насосами двусторон­него действия производительности 100... ...300 л/мин, развивающими давление 3... ...8 МПа.

Если при гидравлическом испытании скважины легко поглощают воду, воз­можно прямое нагнетание раствора. Если же при давлении 0,2...0,3 МПа вода по­глощается медленно, скважины подклю­чают к кольцевому трубопроводу, в ко­тором насосная установка создает не­прерывное движение раствора по замкну­тому кольцу, чем предотвращается осаж­дение раствора в системе трубопроводов. Нагнетание ведут непрерывно до дости­жения отказа. Отказом считают расход раствора в объеме до 0,5 л/мин, который удерживается при заданном проектном давлении не менее 20 мин.