Методы укрепления грунтов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Департамент образования и молодежной политики

Владимирский строительный колледж

Специальность 08.02.01

«Строительство эксплуатация зданий и Сооружения»

Реферат

По дисциплине «Инженерно-геологические исследования строительных площадок»

Методы укрепления грунтов

Выполнил:

Студент группы С-321К

Степанюга Г.З.

Проверила:

Архипова Н.А.

г. Владимир 2023



Содержание

Введение

1. Механическое закрепление грунтов

1.1 Уплотнение

1.2 Замена грунта

1.3 Замораживание

2. Химическое закрепление грунтов

2.1 Цементация

2.2 Глинизация

2.3 Битумизация

2.4 Силикатизация

2.5 Смолизация

2.6 Электрохимическое закрепление грунтов

2.7 Технология и производство работ

2.8 Инъекторы

3. Метод вертикального дренирования

4. Подготовка проектирования усиления грунтов

Литература



Введение

закрепление грунт дренирование прочность

Воздействие на грунт, с помощью которого повышается его прочность, называется искусственное закрепление грунта. Прочность грунта заключается в его способности быть неразмываемым, иногда водонепроницаемым, используется с целью создания водонепроницаемых ограждений при отрывке котлованов и траншей, для борьбы с оплыванием откосов и укрепления оснований фундаментов. Поверхностное закрепление грунтов используется в строительстве при работах на глубине менее метра, а глубинное закрепление грунтов - на глубине в несколько метров.

Искусственные основания при возведении зданий на слабых грунтах устраивают путем уплотнения или упрочнения грунта, а также заменой слабого грунта оснований более прочным. Способ закрепления выбирают в зависимости от грунтовых условий района строительства, а также производственных возможностей его выполнения.

До ХХ столетия здания возводились без сколько-нибудь серьезного изучения свойств грунтов основания ниже глубины заложения фундаментов. Неполными были также сведения о грунтовых водах, их свойствах и колебаниях уровней. Лишь в конце ХIХ, начале ХХ вв. произошло становление как науки механики грунтов и грунтоведения.

Как правило, основанием зданий старой постройки служили естественные грунты, без какой-либо их обработки. Во многих случаях основанием фундаментов зданий, особенно в городской застройке, служили насыпные грунты культурного слоя или насыпные грунты, использованные для выравнивания площадки застройки, засыпки колодцев, ям, оврагов и других неровностей рельефа.

При высоком уровне подземных вод или заведомо слабых грунтах основания применялись свайные фундаменты. Чаще всего это были короткие, клиновидной формы сваи из хвойных и лиственных пород древесины диаметра 100-150 мм, грубо обработанные и даже неошкуренные, забивавшиеся по всей по всей площади подошвы фундамента и за ее пределами с целью уплотнения грунтов основания. Примером такого типа фундаментов могут служить фундаменты звонницы московского Кремля, Успенского собора в г.Дмитрове и многих других памятников архитектуры ХVI-XVIII в.в.

Вместе с тем применялись и свайные фундаменты, которые по характеру работы в грунте соответствуют современному пониманию свайных фундаментов. Это сваи длиной до нескольких метров, изготавливавшиеся из цельных стволов деревьев твердых пород, например дуба, диаметром до 250-300 мм, забивавшиеся в пределах площади опирания фундаментов как в виде лент, так и кустов под ленточные и отдельно стоящие фундаменты. По сваям обычно устраивался деревянный ростверк из лежней бревенчатых или досчатых, располагаемых как вдоль, так и поперек направления фундаментной ленты, на которых затем выполнялась кладка фундаментов. Примерами таких конструкций могут служить фундаменты мостов, крепостных и монастырских стен, массивных каменных сооружений - колоколен, соборов и т.п. Эффективность таких фундаментов определялась положением уровня подземных вод, так как известно, что находящаяся ниже уровня воды древесина может сохраняться веками, тогда как в зоне переменного уровня воды разрушение ее идет весьма интенсивно. Этим обстоятельством объясняется наличие значительных деформаций и неравномерных осадок зданий старой постройки.



1. Механическое закрепление грунтов

1.1 Уплотнение

Слабый грунт можно уплотнить с поверхности и на определенную глубину. Уплотнение грунтов представляет собой механический процесс сближения частиц грунта, в результате которого уменьшается его пористость по сравнению с естественной и, как следствие этого, повышается его несущая способность. Различают способы поверхностного (на глубину до 2,5 м) и глубинного (на глубину 12 м и более) уплотнения грунтов. Поверхностное уплотнение производят укаткой, трамбованием или вибрацией. Для осуществления глубинного уплотнения используют воздействие вибрации, взрывов, применяют грунтовые и песчаные сваи, бумажные дрены и т. п.

Укатку и трамбование рекомендуется вести при влажности грунтов, близкой к оптимальной, т. е. при той, при которой достигается наибольший эффект уплотнения. Оптимальная влажность для песка мелкого и средней крупности составляет 10--15%; для песка пылеватого -- 14--23%; для супесей -- 9--15%; для суглинков принимается на 1%, а для глин на 2% ниже влажности на границе раскатывания. Увлажнение грунта с целью доведения его влажности до оптимальной осуществляют поливочной машиной или из шлангов.

Грунт укатывают тяжелыми катками различных конструкций, которые широко применяют в дорожном строительстве для уплотнения насыпей. За один проход катка грунт уплотняется на глубину до 20 см, а при многократном проходе -- до 60 см. Методом укатки целесообразно уплотнять супеси, суглинки и глины на значительных по площади территориях.

Для уплотнения грунтовых оснований фундаментов сооружений разного назначения, включая мосты, катки не используют. В этих случаях более целесообразно применение трамбовок различных конструкций, в том числе свободно падающих, дизельных, пневматических и вибрационного действия.

Наиболее простыми и достаточно эффективными являются тяжелые трамбовки, сбрасываемые с высоты 3--4 м на уплотняемый грунт посредством кранов, оснащенных фрикционными лебедками. Такие трамбовки массой до 3,5 т делают из чугуна или железобетона в форме усеченного конуса с основанием диаметром 1--2 м.

Тяжелыми трамбовками можно хорошо уплотнять насыпные, рыхлые песчаные и сильно сжимаемые глинистые и лессовые грунты. При трамбовании грунт уплотняется на глубину до 2,5 м, что обеспечивает повышение несущей способности основания до 30%. Подвергнутый трамбованию лессовый грунт, как правило, теряет просадочные свойства в пределах зоны уплотнения и осадка его значительно уменьшается. Одной тяжелой трамбовкой в течение смены можно уплотнить 100--150 м² площади основания. Существенным недостатком использования тяжелых трамбовок является быстрая изнашиваемость тросов, лебедок и кранов.

Получаемая в этом случае предельная величина понижения от одного удара называется отказом при уплотнении трамбованием. Величина отказа зависит от параметров трамбовки и высоты ее сбрасывания. Ее устанавливают опытным путем. Ориентировочно величину отказа принимают равной: для пылевато-глинистых грунтов 1-2 см, для песчаных 0,5-1 см. Число ударов для уплотнения до отказа зависит от начального значения плотности грунта и колеблется от 5 до 16 ударов. Дальнейшее трамбование после достижения отказа приводит к выпиранию грунтов у поверхности основания и его разрыхлению.

Уплотнение грунта трамбовками массой 5-7 т в пределах отдельных участков следует производить циклами с последовательным переходом от следа к следу. В каждом цикле по каждому следу производят 2-3 удара. В каждом последующем цикле трамбование ведут со смещением следов трамбования предыдущего цикла на половину диаметра трамбовки.

Уплотнение трамбовками массой 10-15 т ведут со смещением следов на расстояние, равное одному диаметру трамбовки. При этом по одному следу дается заданное число ударов по уплотнению до отказа. В зимнее время уплотнение основания тяжелыми трамбовками следует производить при талом состоянии грунта и соответственной влажности. Мерзлые грунты уплотнять нецелесообразно.

Более совершенным способом поверхностного уплотнения несвязных грунтов является вибрационный. В практике возведения сооружений применяют виброплощадки и виброкатки массой от 1,6 до 20 т. Вынуждающая сила вибраторов 100--220 кН при частоте колебаний 600--3000 мин^-1. Подобными механизмами за 1ч можно уплотнять грунт на площади 50--300 м² на глубину 1--2 м.

Для глубинного уплотнения рыхлых песков, содержащих не более 20% пылеватых и глинистых частиц, наиболее эффективно использование гидровиброуплотнения.

В зависимости от гранулометрического состава пористость уплотняемого песка может быть снижена с 50 до 26%. При этом по мере уплотнения поверхность грунта понижается на 10--20% толщины слоя, что необходимо учитывать при назначении отметки верха уплотняемого массива.

Для глубинного уплотнения песчаных грунтов в пределах суши применяют гидровибратор в виде толстостенной стальной трубы диаметром 15--20 см, в нижней части которой установлен вибратор. В трубе сделаны отверстия для подачи напорной воды под давлением 0,3--0,6 МПа в уплотняемую зону грунта в процессе работы вибратора.

В зависимости от конструкции вибраторы могут уплотнять грунт в радиусе до 2 м и на глубину до 12 м с производительностью от 200 до 600 м³ грунта за 1 ч.

Сущность уплотнения основания грунтовыми сваями заключается в устройстве в его, пределах скважин, заполняемых грунтом с последующим уплотнением. Скважины устраивают путем вытеснения грунта природного сложения из объема, занимаемого каждой из них, что позволяет существенно уплотнить находящийся между ними грунт. Благодаря увеличению плотности грунтов в сваях и в междусвайном пространстве несущая способность оснований из связных грунтов повышается до 40%, а из несвязных -- в 1,5-2 раза. При этом уменьшается их сжимаемость и снижается степень фильтрации воды. Этим способом можно уплотнять рыхлые пески, макропористые грунты, а также суглинки и илы, находящиеся в мягкопластичном состоянии.

Расстояния между сваями принимают исходя из требуемой степени уплотнения грунта, его физико-механических свойств, а также реальных возможностей применяемого технологического оборудования.

В связных грунтах, способных держать вертикальные стенки, скважины пробивают инвентарным сердечником или взрывным способом. Заполняют их уплотненным глинистым грунтом, а в макропористых грунтах -- теми же грунтами, но укладываемыми с трамбованием и увлажнением.

Для уплотнения водонасыщенных рыхлых песчаных грунтов, мелких и пылеватых песков, в том числе с прослойками суглинков и глин, применяют песчаные сваи. Технология их изготовления аналогична технологии изготовления грунтовых свай.

1.2 Замена грунта

Если же уплотнить грунт по каким-то причинам не представляется возможным, слой слабого грунта заменяют на более прочный. Замененный грунт называют подушкой. Если строится многоэтажное здание, обычно используют подушку из песка средней крупности или крупного.

При толщине слоя слабого грунта 1,5--2 м целесообразно уложить подушку непосредственно на подстилающий пласт более прочного грунта. Если слабый грунт распространяется на значительную глубину, размеры подушки назначают из условия уменьшения под ней давления до величины, не превышающей расчетного сопротивления этого грунта. При этом толщину подушки и ее ширину понизу принимают исходя из распределения давления под углом к вертикали от 20 до 40°. Величина угла зависит от физико-механических свойств материала подушки.

Применять подушки целесообразно под одиночные и ленточные фундаменты с шириной подошвы 1--1,5 м в глинистых, суглинистых и песчаных грунтах с расчетным сопротивлением 0,10--0,15 МПа выше уровня подземных вод. Для устройства подушки используют материал с расчетным сопротивлением под подошвой фундамента 0,20--0,25 МПа. В песчаных и супесчаных грунтах для устройства подушек используют несвязные грунты. В суглинистых и глинистых грунтах во избежание скапливания воды в котловане подушки делают из трамбованных связных грунтов или же используют для их устройства смесь грунтов с цементом или с известью.

При устройстве песчаной подушки слабый грунт вынимают на некоторую глубину и заменяют песком, уплотняемым вибрацией с увлажнением. Толщина подушки из песка должна быть рассчитана так, чтобы давление от здания, переходящее на слабый грунт, не превышало его несущей способности.

В состав работ по устройству подушек входят транспортирование и разгрузка материала, его разравнивание, увлажнение, уплотнение и выравнивание поверхности по заданной отметке. В большие котлованы, оборудованные въездными траншеями, песок или щебень доставляют самосвалами и разгружают на дно. Если подушку отсыпают в сухом котловане, разгруженный материал разравнивают бульдозером слоями толщиной 20 см. Каждый слой увлажняют и уплотняют поверхностными вибраторами или механическими трамбовками.

Число и толщину слоев рассчитывают так, чтобы после уплотнения верх подушки совпал с проектной отметкой. Уплотненную поверхность песчаной подушки зачищают. Поверхность гравийной или щебеночной подушки смачивают и покрывают стяжкой из цементного раствора, выравнивая его под рейку. В случае замены грунта при высоком уровне грунтовых вод нижнюю часть подушки отсыпают в воду сразу на всю глубину, начиная со стороны въезда. Материал, доставляемый самосвалами, разгружают на урезе воды и бульдозером сталкивают в воду. При этом откос насыпи под водой продвигается вперед. Отсыпку ведут полосами поперек котлована по всей ширине его дна. В этих условиях песчаные подушки уплотняют глубинными вибраторами, а щебеночные или гравийные - поверхностным вибраторами или механическими трамбовками.

1.3 Замораживание

Замораживание применяют в водонасыщенных грунтах (плывунах) при возведении фундаментов, сооружении шахт и др. Для замораживания грунта по периметру котлована погружают замораживающие колонки из труб, соединенные между собой трубопроводом, по которому нагнетают охлаждающую жидкость-рассол с температурой -20...-25 °С. Существенными недостатками метода являются временный эффект замораживания, длительный процесс оттаивания, необходимость разрабатывать весьма прочный мерзлый грунт. Однако технология замораживания хорошо отработана и способ широко применяется.



2. Химическое закрепление грунтов

Химическое закрепление грунтов начало развиваться с 1931 г., когда Б.А. Ржаницыным был разработан первый -- двухрастворный способ силикатизации водонасыщенных песков. По схеме двухрастворного способа была осуществлена также силикатизация просадочных лессовых грунтов, при которой роль второго реагента выполнял сам грунт.

В первый период разработка химических способов закрепления грунтов была основана на использовании неорганического полимера -- силиката натрия. В дальнейшем разработка химических способов закрепления грунтов велась по пути создания гелеобразующих растворов, которые представляли собой смесь раствора силиката натрия небольшой плотности с отверждающими растворами кислот и солей. Малая вязкость растворов (1,5--3,0 мПа^.с) позволила закреплять песчаные грунты с коэффициентом фильтрации от 0,2 до 2,0 м/сут, в которых двухрастворпый способ силикатизации неприменим. Использование для отверждения раствора силиката натрия газов (углекислого газа или аммиака) находится пока в стадии разработки.

В связи с развитием химии органических полимеров были проведены большие исследования по использованию выпускаемых химической промышленностью смол для закрепления грунтов. Наиболее доступной для применения оказалась мочевиноформальдегидная (карбамидная) смола. В качестве отвердителя использовали соляную и щавелевую кислоты. Однако некоторая токсичность, обусловленная выделением свободного формальдегида в момент разработки закрепленного массива, т. е. при проходке тоннеля или вскрытии котлована, ограничивала применение способа смолизации. В результате лабораторных исследований удалось значительно уменьшить выделение свободного формальдегида. Это несколько снизило прочность закрепления, но позволило применять смолизацию при проходке подземных выработок.

В разработку рецептур химических способов закрепления песков и лессов большой вклад внесли доктора техн. наук В. В. Аскалонов и В. Е. Соколович.

В области химического закрепления глинистых и илистых грунтов были проведены исследования с применением химических растворов и постоянного электрического тока. Изучение процессов электроосмоса в глинистых грунтах позволило разработать способ осушения котлованов в этих грунтах, что дает возможность закладывать фундаменты в них «насухо». Что касается улучшения строительных свойств грунтов путем воздействия на них постоянного электрического тока, то этот способ находит очень ограниченное применение в строительстве--главным образом для придания устойчивости склонам выемок.

Учитывая все возрастающую потребность в повышении прочностных свойств слабых глинистых и илистых грунтов, в лаборатории с 1975 г. ведутся разработки буросмесительного способа закрепления таких грунтов.

Применение разработанных химических способов в различных областях строительства показало, что они особенно эффективны для улучшения свойств грунтов под фундаментами существующих сооружений. Это в значительной степени объясняется тем, что превращение грунта под фундаментом в камень осуществляется, как правило, без нарушения эксплуатации здания.

Существует несколько химических способов закрепления грунтов: цементация, глинизация, битумизация, силикатизация, смолизация, электрохимическое закрепление и буросмесительное для создания цементогрунта.



2.1 Цементация

Цементация грунтов как способ представляет собой заполнение пустот, трещин и крупных пор в крупнообломочных грунтах, образующим со временем твердый цементный или цементно-глинистый камень.

Для цементации можно использовать цементные, цементно-песчаные и цементно-глинистые растворы. В каждом отдельном случае необходимо выбирать как состав раствора, так и его водоцементное отношение (В/Ц), которое может изменяться от 1 до 0,4. Кроме того, инъекционные растворы должны обладать следующими характеристиками: подвижностью раствора по конусу АзНИИ 10--14 см, водоотделением в течение 2 ч 0-2 %, прочностью при сжатии после твердения в течение 28 сут 1--2 МПа. Исходная плотность таких растворов, как правило, составляет 1,60--1,85 г/см³. Все эти характеристики обусловливаются проектом.

Применение цементных растворов, как установлено практикой, не прекращало фильтрации полностью, что зависело от характера трещиноватости горных пород. Это объясняется повышенной крупностью помола цемента, который в настоящее время имеет размер частиц порядка 50 мкм, а это значит, что трещины размером 0,2 мм не будут зацементированы. Кроме того, водные растворы цемента не дают 100%-ного выхода камня, что также влечет за собой остаточную фильтрацию.

2.2 Глинизация

В отличие от цементации глинизация может применяться для заполнения карстовых пустот только в сухих породах, способных после нагнетания глинистого раствора впитывать из него воду. В связи с этим после заполнения пустот глинистый раствор должен находиться в течение нескольких суток под гидравлическим напором.

При глинизации применяют глинистый раствор плотностью 1,2--1,3 г/см³. В результате повышения давления (более 2 МПа) вода из глинистого раствора отжимается, обезвоженное глинистое тесто плотно заполняет пустоты и придаст породе водонепроницаемость.

Глинизация так же, как и цементация, может применяться только при небольших скоростях движения грунтовых вод во избежание уноса раствора из тампонируемой зоны, т. е. в гравелистых и трещиноватых грунтах, в которых коэффициент фильтрации находится в пределах от 50 до 5000 м/сут.

2.3 Битумизация

Способ горячей битумизации применяется в трещиноватой скальной и полускальной породах при большой скорости фильтрации. Он состоит в нагнетании через пробуренные скважины расплавленного битума, который, остывая в трещинах, сообщает породе водонепроницаемость. Так как битум не смешивается с водой, а при соприкосновении с ней образует пленку, плохо проводящую тепло, то при нагнетании он заполняет большие пустоты и каверны даже при наличии значительных скоростей движения грунтовых вод. Остывание битума в больших трещинах и пустотах происходит медленно из-за его слабой теплопроводности, и поэтому радиус распространения его значителен.

Отрицательным качеством горячей битумизации является то, что в течение последующего времени при наличии напора грунтовых вод наблюдается выдавливание битума из трещин; также из-за значительной вязкости даже расплавленный битум не может полностью заполнить трещины с раскрытием менее 1 мм, таким образом, радиус битумизации колеблется от 0,75 до 1,5 м, а водопроницаемость полностью не снимается.

Указанные выше явления привели к тому, что способ горячей битумизации стал применяться редко как в гидротехническом, так и в промышленном строительстве.

Для придания водонепроницаемости песчаным грунтам разработан способ холодной битумизации, т. е. нагнетания в песчаный грунт битумной эмульсии. Этот способ целесообразно применять тогда, когда требуется придать грунту только водонепроницаемость. Основным условием успешного применения этого способа является приготовление стабильных и однородных эмульсий. Опыты показывают, что частицы битумной эмульсии могут проникать в поры грунта, когда их диаметр в 25-- 35 раз меньше среднего диаметра частиц грунта. Применение способа холодной битумизации в песках ограничивается коэффициентом фильтрации от 10 до 50 м/сут.

При наличии в настоящее время других способов, как например, силикатизации и смолизации, способ холодной битумизации не получает широкого применения, так как технология приготовления битумной эмульсии значительно сложнее технологии приготовления растворов при силикатизации и смолизации.

2.4 Силикатизация

В 1931 г. был разработан двухрастворный способ силикатизации, сущность которого состояла в том, что в песчаный грунт любой влажности через забитую металлическую перфорированную трубу (инъектор) поочередно нагнетались раствор силиката натрия (натриевое жидкое стекло) Na₂OnSiO₂ и раствор хлористого кальция CaCl₂. В результате химической реакции между ними в порах грунта образуется гидрогель кремниевой кислоты, и грунт быстро и прочно закрепляется. Двухрастворный способ обеспечивает высокую прочность грунта и практически его полную водонепроницаемость. Недостатками этого способа являются высокая стоимость и большая трудоемкость работ. Поэтому его преимущественно применяют при усилении оснований под сооружениями. Закрепленный грунт имеет кубиковую прочность 1,5…3,5 МПа. Прочность закрепленного грунта не снижается при воздействии на него агрессивных вод.

Для закрепления мелких и пылеватых песков с коэффициентом фильтрации от 0,0006 до 0,006 см/сек применяют однорастворный способ. В грунт нагнетают гелеобразующий раствор из жидкого стекла и фосфорной кислоты либо из жидкого стекла, серной кислоты и сернокислого аммония.

Первая рецептура обеспечивает более быстрое гелеобразование. Прочность закрепленного грунта значительно ниже, чем при двухрастворном способе. Этот способ находит применение главным образом при устройстве противофильтрационных завес.

Однорастворный способ силикатизации используют и для закрепления лёссовых просадочных грунтов, имеющих коэффициент фильтрации от 0,0001 до 0,0023 см/сек. При этом в грунт нагнетают раствор одного жидкого стекла. Гелеобразование происходит за счет реакции раствора жидкого стекла с водорастворимыми солями грунта и его обменным комплексом. Роль второго раствора выполняет сам грунт.

Не рекомендуется применять силикатизацию для закрепления грунтов, пропитанных нефтяными продуктами, смолами и маслами, при наличии грунтовых вод, имеющих рН>9 при двухрастворном способе, и в случае рН>7,2 при однорастворном способе силикатизации мелких и пылеватых песков. Нецелесообразно подвергать силикатизации грунты, когда скорость грунтовых вод превышает 0,006 см/сек.

2.5 Смолизация

Смолы, которые могут быть использованы для закрепления грунтов, должны обладать невысокой вязкостью и полимеризоваться в порах грунта при температуре от 4 до 10 °С. К таким смолам относятся: мочевино-формальдегидные (карбамидные), образующиеся в результате поликонденсации мочевины и формальдегида; фенольные, образующиеся в результате поликонденсации фенолов и альдегидов; фурановые, образующиеся при конденсации фурфурола и фурилового спирта; акриловые--производные акриловой кислоты; эпоксидные, получающиеся при конденсации эпихлоргидрина (или дихлоргидрина) с полиаминами, фенолами, полиспиртами и другими соединениями.

Самой приемлемой для закрепления грунтов по всем критериям является мочевиноформальдегидная (карбамидная) смола с различными отвердителями. Эта смола легко растворяется в воде, имеет малую вязкость, отверждается при невысокой температуре, а самое главное выпускается отечественной промышленностью в виде клеев в большом масштабе и по своей цене вполне доступна. Для широкого использования при закреплении грунтов.

Сущность способа состоит в нагнетании в грунт гелеобразующего раствора, состоящего из раствора смолы и отвердителя в виде соляной или щавелевой кислоты. Способ обеспечивает прочное закрепление, придает грунтам водонепроницаемость. Кроме того, способ позволяет закреплять карбонатные грунты. При повышенном содержании карбонатов (до 3%) проводится предварительная обработка грунта раствором кислоты в объеме, равном объему гелеобразующего раствора.

2.6 Электрохимическое закрепление грунтов

Как установлено исследованиями, при электрохимическом закреплении грунта происходят три процесса:

1) электроосмос, в результате которого грунт значительно обезвоживается и уплотняется; 2) реакция обмена, при которой поглощенные натрии и кальций замещаются водородом и алюминием; 3) структурообразование, являющееся результатом образования алюмогеля.

Для закрепления слабых малопроницаемых грунтов, представленных мелкими песками, суглинками и супесями, разработан способ комбинированного применения электрического тока и химических растворов, вводимых в грунт под давлением в момент наложения на него постоянного электрического тока. Обычно растворы вводят в грунт через перфорированные электроды или через забиваемые инъекторы. Распространение растворов в грунте в этом случае обусловливается движением воды от анода к катоду. Кроме закрепления грунта и придания ему водоустойчивости электрохимический способ повышает его механическую прочность. При этом большое значение имеет правильное сочетание режимов подачи растворов в грунт и пуска электрического тока, которые должны назначаться в соответствии с физико-механическими свойствами грунта.

Большое значение при использовании постоянного электрического тока имеет явление электроосмоса. Благодаря ему можно обезвоживать значительные массивы малопроницаемых грунтов при проходке траншей и вскрытии котлованов.

2.7 Технология и производство работ

Для проведения работ по химическому закреплению грунтов применяют следующее оборудование: инъекторы, установки для бурения скважин, для чего могут быть использованы любые станки и оборудование, позволяющее проходить скважины диаметром 60--127 мм на глубину 15--25 м; пневматические молотки и бетоноломы для забивки инъекторов; насосы или пневматические установки для нагнетания растворов, тампонирующие устройства; компрессор подачей не менее 1 м³/мин с обеспечением давления 5--6 атм; силикато-разварочные установки для разварки силикат-глыбы; для газовой силикатизации баллоны с углекислым газом; шланги; соединительные части; краны; контрольно-измерительная аппаратура (манометры, термометры, ареометры); емкости для приготовления и хранения растворов; гидравлические домкраты грузоподъемностью 5--10 т или шарнирный станок для извлечения инъекторов из закрепленного грунта.

Существует схема, характеризующая весь технологический процесс работ по химическому закреплению грунтов однорастворным и двухрастворным способами силикатизации, а также способом смолизации, которая приведена на рис. 1.

Технологический процесс и оборудование несколько изменяется в зависимости от применяемого способа. При двухрастворной силикатизации по приведенной схеме организации работ путь, который проходит силикат натрия, начинается с доставляемой “навалом” с заводов силикат-глыбы, развариваемой на месте в автоклавах.

После автоклавов раствор силиката натрия нагревают для снижения вязкости до 60°С или до предусмотренной проектом температуры. Из запасных чанов, пройдя насосы и затем пульт, где регулируются расход и давление нагнетаемого раствора, силикат натрия закачивается через систему инъекторов в грунт.

Рис. 1. Схема механизации работ при закреплении грунтов: 1 - забивка инъектора электрокором; 2 - то же, пневмомолотом; 3 - пультовые распределители реактива; 4 - насосная; 5 - силикаторазварочный узел; 6 - котельная; 7 - компрессорная; 8 - емкости для растворов CaCl₂

Путь раствора хлористого кальция аналогичен пути раствора силиката натрия.

Из схемы ясно, что каждый из растворов имеет свое насосное оборудование и свою регулирующую сеть, но один и тот же инъектор. В этом случае перед нагнетанием хлористого кальция необходимо прокачать через инъектор небольшую порцию воды, что в значительной степени предохранит инъектор от образования в нем кремнегеля.

Наряду с оборудованием для забивки инъекторов, станками для бурения скважин, насосным оборудованием и разводящей сетью, снабженной манометрами, расходомерами и пр., площадка, где производится закрепление грунтов, должна быть снабжена электроэнергией, водой и' сжатым воздухом.

Наконец, производство работ по химическому закреплению грунтов должно быть обеспечено постоянным контролем за качеством применяемых растворов и закрепленного грунта.

2.8 Инъекторы

Конструкция инъектора и механизма для его погружения в грунт зависит от характера и мощности подлежащего закреплению грунта (рис. 2).



Рис. 2. Схемы забивки и задавливания инъекторов

При закреплении грунта на глубину до 20 м применяют инъектор, состоящий из наголовника, колонн глухих звеньев труб, перфорированного звена, наконечника и соединительных частей-ниппелей. Забивку инъектора на глубину до 20 м в песчаные и лессовые грунты можно осуществлять отбойными молотками (рис. 2, а).

Закрепление грунтов на глубину до 30 м требует применения более прочного инъектора, сделанного из цельнотянутых труб диаметром 58--62 мм. Перфорированная часть такого инъектора имеет длину 1,5--2,0 м, а отверстия во избежание их засорения закрыты резиновыми кольцами. Погружение таких инъекторов осуществляется более мощным оборудованием (рис. 2, б).

Забивку инъекторов выполняют как с поверхности земли, так и из подземных выработок. Для забивки инъекторов применяют преимущественно механизмы, оборудованные пневмоударниками или пневматическими молотками типа перфораторов. Например, используют бурильный станок с пкевмоударником СБУ-100 или НКР-ЮОМ, смонтированный на ходовой тележке СБУ-2 или КБУ-50, а также различные опытные установки типа портативных передвижных копровых установок.

Для извлечения инъекторов кроме указанных выше установок можно использовать гидравлические спаренные домкраты грузоподъемностью до 10т.

При силикатизации просадочных лессовых грунтов с влажностью 16--20 % инъекцию силикатного раствора плотностью 1,13--1,20 г/см³ можно осуществлять с помощью забивки инъекторов (рис. 2, в) или через стенки пробуренных скважин (рис. 2, г). Для этого бурильным станком ЦГБ-50 проходят скважину глубиной, равной длине первой заходки. Длина заходки в существующей практике составляет 2--3 м. Затем в верхней зоне заходки устанавливают надувной тампон, через который по шлангу от насоса раствор нагнетают в грунт. Затем тампон вынимают из скважины и производят ее бурение на длину следующей заходки. Так повторяют на всю глубину закрепления просадочного лесса.

При химическом закреплении песчаных грунтов на глубине 50--150 м, как это было при создании противофильтрационной завесы в основании Высотной Асуанской плотины, нагнетание химических растворов осуществляют через манжетные инъекторы, опускаемые в пробуренную под защитой глинистого раствора скважину диаметром 120--150 мм. Скважину пробуривают на всю глубину закрепляемой зоны, затем в скважину, заполненную глинистым раствором (благодаря чему стенки ее не требуют крепления), погружают инъектор с резиновыми манжетами, закрывающими его отверстия. После этого через нижнюю манжету с применением тампона нагнетают цементно-глинистый раствор, который заполняет зазор между инъектором и стенкой скважины. Этот вариант позволяет в дальнейшем нагнетать закрепляющий раствор в любой зоне инъектора (рис. 2, д). Манжетный инъектор может быть использован для закрепления грунта под существующими зданиями путем задавливания его из специально подготовленной траншеи (рис. 2, е).

Таким образом, применение инъекторов различной конструкции позволяет нагнетать химические растворы на требуемую глубину.

К работам по забивке инъекторов предъявляют следующие требования:

1) инъектор должен быть забит строго по указанному в проекте направлению и с точностью угла наклона 2--3°;

2) забивка должна быть произведена на заданную глубину в возможно короткий срок;

3) при забивке оборудование нс должно подвергаться сильному износу.

Перечисленные требования предъявляют, в свою очередь, серьезные требования к механизмам и оборудованию, применяемому на этих работах.

Производить забивку инъекторов в вертикальном и наклонном направлениях, а также извлекать их из грунта можно с помощью портативной копровой установки с перфоратором КЦМ-4. Она состоит из сварной рамы, трубчатых направляющих, по которым перемещается перфоратор, и ручной лебедки.



3. Метод вертикального дренирования

Одним из распространенных методов, позволяющих ускорить уплотнение слабого грунта от воздействия массы насыпи и сократить сроки строительства дорог, является вертикальное дренирование. В слабом водонасыщенном грунте устраивают близко расположенные вертикальные дрены, через которые под действием нагрузки от возводимой насыпи отводится поровая вода, что способствует ускорению уплотнения и упрочнения слабого основания.

Обычно вертикальные дрены имеют вид скважин, заполненных песчаным грунтом с высокой водопроницаемостью. По конструктивному решению и технологии строительства они сходны с песчаными сваями, однако в отличие от дрен сваи представляют собой не дренирующую, а несущую конструкцию.

Вертикальные дрены сокращают путь фильтрации воды, поэтому, регулируя расстояние между дренами, можно теоретически добиться любой скорости уплотнения слабого основания. По мере уплотнения снижается влажность слабого грунта и повышается его прочность, поэтому вертикальные дрены устраивают не только для ускорения осадки насыпи, но и в тех случаях, когда необходимо снять избыточное поровое давление в напряженном грунтовом основании.

Расстояние между дренами рассчитывают методом подбора, исходя из заданного срока достижения требуемой степени консолидации основания U назначаемой в зависимости от типа покрытия и величины осадки. Обычно шаг дрен принимают равным 2-4 м. В плане дрены можно располагать в шахматном порядке, в вершинах сетки квадратов или равносторонних треугольников.

Вертикальные дрена целесообразно устраивать в грунтах с коэффициентом фильтрации от 1 до 1·10-4 м/сут при мощности слоя слабого грунта более 4 м. При водопроницаемости грунта свыше 1 м/сут фильтрационное уплотнение обычно происходит достаточно быстро без дополнительных мероприятий, В грунтах с водопроницаемостью менее 1·10-4 м/сут расчетный шаг дрен оказывается, как правило, настолько малым, что их устройство становится нецелесообразным.



4. Подготовка проектирования усиления грунтов

Началу проектирования усиления должны предшествовать инженерно-геологические изыскания на участке размещения объекта. Данные этих изысканий должны содержать достаточно полное описание конструкций фундаментов, грунтов основания на требуемую глубину и их физико-механические характеристики, а также сведения о наличии и степени агрессивности грунтовых вод.

Инженерно-геологические изыскания должны осуществляться в соответствии с техническим заданием организации, выполняющей проектирование усиления.

В результате проведения инженерно-геологических изысканий должны быть получены следующие данные о:

- местоположении и рельефе территории объекта усиления, климатических и сейсмических условиях, ранее выполнявшихся исследованиях и проводившихся усилениях существующих фундаментов, грунтов основания;

- геологическом строении, литологическом составе толщи грунтов, их состоянии и физико-механических свойствах, наблюдаемых неблагоприятных физико-геологических и инженерно-геологических явлениях (карст, оползни, просадки и набухание грунтов, горные подработки и т.п.);

- гидрогеологических условиях с указанием абсолютных отметок уровней грунтовых вод, в том числе на период промерзания, сезонных и многолетних амплитудах их колебаний и величинах расходов;

- опыте местного строительства;

- прогнозе изменения инженерно-геологических условий на участке размещения объекта.



Литература

1. Егоров, А.И. Методические рекомендации по проектированию и производству работ при усилении оснований и фундаментов.

2. Ржаницын, Б.А. Химическое закрепление грунтов в строительстве. - М.: Стройиздат, 1986.-264 с.: ил.

3. Соколович, В.Е. Химическое закрепление грунтов. - М.: Стройиздат, 1980.-119 с., ил.

4. Улицкий, В.М., Богов, С.Г. Комплексное использование струйной технологии для целей реконструкции на слабых грунтах. Реконструкция Санкт-Петербурга - 2005.

Размещено на Allbest.ru

...