Закрепление грунтов

Базируется на искусственном преобразовании строительных свойств грунтов (создание более прочных связей между частицами) в условиях их естественного залегания разнообразными физико-химическими методами.

Это достигается за счет инъецирования в грунт и последующего твердения определенных реагентов. Важным условием применимости инъекционных методов закрепления является достаточно высокая проницаемость грунтов.

Цементация

Метод служит для закрепления (упрочнения) насыпных грунтов, галечниковых отложений, средних и крупнозернистых песков (сухих и влажных при Кф>80 м/сутки). Так же используют для заполнения карстовых пустот, закрепления и уменьшения водопроницаемости трещиноватых скальных грунтов.

Рис. Схема цементации

Цементный раствор нагнетаемый в грунт имеет В/Ц отношение 0,4…1,0 , часто в раствор добавляют песок.

Применяют забивные инъекторы – тампоны, опускаемые в пробуренные скважины. Цементация возможна и в водонасыщенных грунтах, но там где вода стоячая; если есть течение, то цементный раствор уносит.

Метод цементации применим также для усиления конструкций самих фундаментов. Для этого в теле фундамента пробуривают шпуры, через которые в материал или кладку фундамента под высоким давлением нагнетается цементный раствор.

Силикатизация

Применяется для химического закрепления песков с Кф=0,5…80 м/сут, макропористых глинистых просадочных грунтов с Кф=0,2…2 м/сут (лессы), и отдельных видов насыпных грунтов.

Рис.12.14.Схема закрепления методом силикатизации оснований фундаментов (а), защиты фундаментов зданий при строительстве подземных сооружений (б) ,при возведении зданий (в):

1 – фундамент; 2 – инъекторы; 3 – зоны закрепления; 4 – строящееся подземное сооружение; 5 – существующий тоннель; 6 – строящееся здание

Сущность метода заключается в нагнетании в грунт силиката Na в виде раствора (жидкое стекло), которым заполняется поровое пространство. При соответствующих условиях (при наличии отвердителя), раствор переходит в гелеобразное состояние, затвердевая со временем. Создаются новые связи между частицами, что приводит к увеличению прочности уменьшению сжимаемости грунта.

Силикатизация:

· однорастворная (лессовый грунт)

· двухрастворная (пески)

-Особенностью силикатизации лессов является то, что в состав этих грунтов входят соли, выполняющие роль отвердителя жидкого стекла. Процесс закрепления происходит мгновенно, достигаемая прочность составляет 2МПа и более. Закрепление водоустойчиво, что обеспечивает ликвидацию просадочных свойств лессов.

Однорастворная силикатизация:

Na2OnSiO2 + СаSO4 + m(H2O) = nSiO2(m-1)H2O + Ca(OH)2 + Na2SO4

Na2OnSiO2 - жидкое стекло;

СаSO4 - соли в лессовом грунте;

nSiO2(m-1)H2O – гель кремниевой кислоты;

- Двухрастворный способ заключается в следующем. В грунт погружаются инъекторы (трубы d=38мм) с нижним перфорированным звеном, длиной 0,5…1,5м. Через них в пески нагнетается раствор силиката натрия под давлением 1,5 МПа. Через соседнюю трубу, погруженную на расстоянии 15…25см, нагнетают раствор хлористого кальция.

Иногда оба раствора начинают поочередно через один и тот же инъектор (первый раствор при его погружении, второй раствор при извлечении).

После твердения геля прочность достигает 2…5МПа.

Na2OnSiO2 + СаCl2 + (H2O)m = nSiO2(m-1)H2O + Ca(OH)2 + 2NaCl

Na2OnSiO2 – 1-ый раствор. Жидкое стекло;

СаCl2 - 2-ой раствор. Хлористый кальций;

nSiO2(m-1)H2O – вязкий материал, гель кремниевой кислоты.

Регулируя состав отвердителя можно в широких пределах варьировать время гелеобразования (от 20…30мин. до 10…16ч.). На полное твердение геля требуется 28 дней.

Увеличение времени гелеобразования необходимо в малопроницаемых грунтах, где для обеспечения необходимого радиуса закрепления требуется длительное время на проникновение раствора.

Смолизация

– закрепление грунтов смолами. Сущность метода заключатся 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.

Время гелеобразования 1,5…2,5 часа, полное упрочнение происходит после двух суток. Смолизация эффективна в сухих и водонасыщенных песках с Кф=0,5-25 М/сут.

Достигаемая прочность колеблется в пределах 1…5 МПа и зависит в основном от концентрации смолы в растворе.

Организация работ аналогична силикатизации.

Радиус закрепленной зоны составляет 0,3…1,0м и зависит от Кф.

Метод относится к числу дорогостоящих.