Методы закрепления грунтов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Уфимский государственный нефтяной технический университет"

Кафедра "Автомобильные дороги и технология строительного производства"

Реферат на тему:

"Методы закрепления грунтов"

Закрепление грунтов, искусственное преобразование (физико-химическими методами) свойств грунтов для целей строительства в условиях их естественного залегания. В результате Закрепление грунтов увеличивается несущая способность основания сооружения, повышается его прочность, водонепроницаемость, сопротивление размыву и др. Закрепление грунтов широко применяется при строительстве промышленных и гражданских зданий на просадочных грунтах, для укрепления откосов выемок дорог и стенок котлованов в водонасыщенных грунтах, в качестве противооползневых мероприятий, при проходке горных выработок, создании противофильтрационных завес в основании гидротехнических сооружений, для защиты бетонных сооружений (фундаментов) от воздействия агрессивных промышленных вод, для увеличения несущей способности свай и опор большого диаметра и т.д. Закрепление грунтов достигается нагнетанием в грунт вяжущих материалов и химических растворов, а также воздействием на грунт электрическим током, нагреванием и охлаждением.

Основные способы Закрепление грунтов: цементация, глинизация, битумизация, силикатизация, смолизация, методы электрохимического или термического воздействия, искусственное замораживание.

Каждый из способов закрепления имеет свою область применения, строго ограниченную номенклатурой грунтов и определенными характеристиками, а именно: водопроницаемостью и химическими свойствами для всех грунтов, степенью влажности и емкостью поглощения для глинистых грунтов и др.

Силикатизация и смолизация грунтов, в свою очередь, дифференцируются на ряд конкретных способов, которые различаются между собой химической технологией (рецептурой) и целенаправленно применяются для закрепления определенных разновидностей песчаных и просадочных грунтов сообразно их природным свойствам.

Закреплением указанными выше способами достигается значительное повышение несущей способности, прочности и устойчивости всех видов грунтов, с одновременным обеспечением их водостойкости, что открывает большие возможности для практического применения этих способов при строительстве в слабых грунтах.

Для всех без исключения фильтрующих грунтов закрепление позволяет уменьшать или практически полностью устранять их водопроницаемость, что расширяет область его практического применения в качестве противофильтрационных мероприятий, а также мероприятий против неустойчивости этих грунтов в водонасыщенном состоянии, при подземных строительных работах.

Благодаря возможности значительно и необратимо улучшать строительные свойства грунтов в естественном залегании, закрепление может широко применяться в строительстве для:

- усиления оснований вновь строящихся и существующих зданий и сооружений;

- устройства фундаментов и других заглубленных разного назначения конструкций из закрепленных грунтов;

- увеличения несущей способности свай и других опор большого диаметра;

- создания противофильтрационных завес в качестве мероприятий по гидроизоляции неглубоких подземных сооружений и конструкций.

Закрепление грунтов может также широко применяться в качестве следующих временно действующих мероприятий для:

- укрепления откосов при вскрытии строительных котлованов и других земляных выработок;

- устройства подпорных стен и других разного назначения заглубленных защитных конструкций, необходимых при щитовой проходке подземных выработок;

- для устранения подвижек слабых, неустойчивых грунтов (в том числе плывунов), при устройстве тоннелей и других неглубоких подземных выработок.

Выбор конкретного способа закрепления грунтов, а также определение и назначение всех технологических и других параметров и технических условий закрепления осуществляется единым технорабочим проектом закрепления грунтов, который объединяет в себе, кроме того, элементы проектирования организации строительства и проектирования производства работ. Это делается в проекте сообразно характеру выполняемой строительной задачи, инженерно-геологическим условиям территории и требованиям к закрепленным грунтам.

Проектом могут устанавливаться и задаваться также другие специальные требования и указания по производству работ, контролю качества и приемке работ по закреплению грунтов в случаях уникальных сооружений или особо сложных инженерно-геологических условий, если на них не распространяются соответствующие действующие нормы.

Применение всех способов закрепления естественных грунтов, кроме термического, возможно при температурах закрепляемых грунтов не ниже 0 °С и температурах инъецируемых химических и других вяжущих растворов не ниже 5 °С.

Для специальных видов работ в сложных инженерно-геологических условиях, к которым относится и закрепление грунтов, разработку проектов производства работ согласно действующим нормам допускается производить как проектным, так и производственным организациям.

На практике, в силу узкоспециального характера технологии закрепления грунтов, проектирование производства этого вида работ, как правило, осуществляется проектной организацией в едином проекте закрепления, совмещающем в себе все три вида проектирования. Вместе с тем, в отдельных случаях проектирование производства работ по закреплению грунтов частично или полностью может осуществляться и производственными организациями.

При разработке вопросов проектирования производства работ по закреплению грунтов следует руководствоваться Инструкцией по разработке проектов организации строительства и проектов производства работ (СНиП 12-01-2004), которая имеет общее значение для всех способов закрепления грунтов. Инструкция, являясь нормативным документом, устанавливает состав, содержание и порядок разработки и утверждения проектов организации и производства работ.

В прерогативу проектирования производства работ согласно СНиП 12-01-2004, применительно к закреплению грунтов, входят следующие основные положения:

а) составление календарного плана производства работ по закреплению грунтов, в котором на основе объемов работ и технологии способов устанавливаются последовательный порядок и сроки выполнения отдельных видов работ, определяются потребности в трудовых и других ресурсах, а также устанавливаются сроки поставки отдельных видов оборудования и материалов;

б) разработка строительного генплана с нанесением на него расположения транспортных путей, сетей водоснабжения, канализации, электроснабжения, теплоснабжения, специальных технологических узлов и установок, складов для материалов и других временных построек и устройств, необходимых для производства работ. Генплан дополняется графиками поступления на объект материалов и специального оборудования, а также графиками потребностей в рабочих кадрах и в основных строительных машинах;

в) составление технологических карт или технологических схем с описанием последовательности и методов производства работ и стоимости трудозатрат и потребности в механизмах и материалах по этапам;

г) проектная проработка решений по технике безопасности, охране труда и охране окружающей среды, а также другие, общие для всех способов закрепления, положения.

Учитывая, что закрепление грунтов в технологическом отношении представляет собой работы исключительно скрытые, их производство должно сопровождаться мероприятиями по контролю качества закрепления и ведением исполнительной документации, отвечающими самым высоким требованиям к надежности.

Необходимое качество, согласно этим требованиям, обеспечивается разносторонними мероприятиями по контролю качества, осуществляемыми до, во время и после завершения работ по закреплению грунтов и распространяемыми на все способы.

Цементация заключается в нагнетании в закрепляемый грунт (трещиноватый скальный или песчано-гравелистый) через систему пробуренных в нём скважин цементной суспензии (соотношение массы цемента и воды в растворе в пределах от 0,1 до 2). Для повышения подвижности густых цементных и цементно-песчаных растворов применяют добавки сульфитно-спиртовой барды в количестве 0,01-0,25% по отношению к цементу. Ускорение схватывания растворов и увеличение первоначальной прочности цементного камня регулируется добавками хлористого кальция в количестве 1-5% по отношению к цементу. Прочность и водонепроницаемость грунта после цементации значительно увеличиваются.

Струйная цементация грунтов применяется для устройства одиночных свайных фундаментов, ленточных фундаментов и сплошных фундаментных плит из взаимно пересекающихся грунтоцементных свай, сооружения подпорных стен для повышения устойчивости склонов и откосов, закрепления слабых и обводнённых грунтов вокруг строящихся подземных городских сооружений, сооружения противофильтрационных завес.

Ограждение котлованов сруйная цементация грунта является эффективной технологией ограждения бортов котлована в условиях, когда забивные способы (шпунт, сваи) не могут быть применены из-за негативного воздействия на фундаменты близко расположенных зданий.

Устройство анкеров выполняется по различным технологиям: фибергласовые анкеры, анкеры из арматурного стержня, самозабуриваемые винтовые анкеры.

Усиление фундаментов зданий выполняется с помощью технологии струйной цементации, а также при помощи технологии традиционного инъекционного закрепления грунтов цементными растворами.

Противофильтрационные завесы

С помощью технологии струйной цементации грунтов возможно создание искусственного слоя водоупора - горизонтальной или вертикальной противофильтрационных завес, которые обеспечивают отсутствие притока воды в котлован и значительно уменьшают воздействие грунтовых вод на постоянную гидроизоляцию подземного сооружения.

Технология DSM (Deep soil mixing)

Сущность технологии DSM заключается в механическом перемешивании грунта с цементным раствором. Технология DSM предназначена для укрепления слабых грунтов на большой площади, т.к. является достаточно дешевой по сравнению с другими технологиями укрепления грунтов.

закрепление грунт противофильтрационный завеса

В кавернозных скальных породах при большой скорости грунтового потока наряду с цементацией применяется горячая битумизация. Её назначение - заделка наиболее крупных каверн, не поддающихся цементации из-за большой скорости грунтового потока. Нагнетание горячего битума в полости и трещины кавернозных пород производится через пробуренные скважины, оборудованные инъекторами. При холодной битумизации в грунт нагнетают тонкодисперсную битумную эмульсию. Способ применяется для очень тонких трещин в скальных грунтах и закрепления песчаных грунтов.

Глинизация служит для уменьшения фильтрационной способности трещиноватых скальных, кавернозных пород и гравелистых грунтов. При этом способе в трещины породы нагнетается под большим давлением глинистая суспензия с добавкой небольшой дозы коагулянта.

Химическое закрепление в зависимости от способа введения в грунты химреагентов имеет два направления:

- инъекционное химическое закрепление, когда реагенты в виде растворов или газов вводятся в грунты без нарушения их естественного сложения нагнетанием под давлением;

- буросмесительное закрепление грунтов, осуществляемое с нарушением их естественного сложения, механическим перемешиванием с цементами или другими химическими реагентами и добавками при бурении скважин большого диаметра.

К первому направлению относятся способы силикатизации, смолизации, цементации; второе представлено способом буросмесительного закрепления илов и других сопутствующих им грунтов.

Способ силикатизации основан на использовании силикатных растворов. Для закрепления среднезернистых песков применяется т. н. двухрастворный способ, состоящий в последовательном нагнетании в грунт растворов силиката натрия и хлористого кальция. Получающийся в результате реакции гель кремниевой кислоты придаёт грунту значительную прочность и водонепроницаемость. Мелкие пески закрепляются способом однорастворной силикатизации, т. с. раствором силиката натрия с добавкой фосфорной кислоты (рис. 1). В лёссовых грунтах нагнетается лишь раствор силиката натрия; роль второго раствора выполняют соли самого грунта.

Рис. 1. Схема установки для силикатизации грунтов: 1 - цистерна с крепителем; 2 - цистерна с кислотой; 3 - насос "НД"; 4 - смеситель; 5 - пульт управления с регистрирующей аппаратурой; 6 - инъектор; 7 - отбойный молоток для погружения инъектора в грунт; 8 - контур закрепления.

Смолизация - нагнетание водного раствора карбамидной смолы с добавкой соляной кислоты, щавелевой кислоты или хлористого аммония. Применяется для закрепления, повышения прочности и водонепроницаемости мелкозернистых песчаных грунтов.

Для глинистых грунтов, где нагнетание растворов невозможно, используется электрохимический способ закрепления, основанный на пропускании постоянного электрического тока через грунт, в который вводится раствор хлористого кальция, в результате чего грунт обезвоживается и уплотняется. Реакции обмена, происходящие при этом в приэлектродной зоне, также способствуют уплотнению и закреплению грунта. Электрохимическое закрепление подразделяется на электроосушение, электроуплотнение и электрозакрепление.

Механизмы, и оборудование применяемые при силикатизации и смолизации.

Работы по силикатизации и смолизации грунтов должны выполняться специально обученной бригадой исполнителей при наличии предусмотренных проектом оборудования и материалов, и только после опробования в производственных условиях всего комплекта оборудования, установок и коммуникаций.

Продолжение работ после выполнения предусмотренного проектом на первоначальном этапе контрольного закрепления допускается лишь при получении положительных результатов этого мероприятия. В противных случаях в проект вносятся необходимые коррективы, а контрольное закрепление повторяется.

Производство работ по силикатизации и смолизации грунтов последовательно включает следующие основные элементы:

- подготовительные и вспомогательные работы, включая приготовление растворов;

- работы по погружению в грунты инъекторов или бурение и оборудование инъекционных скважин;

- нагнетание закрепляющих реагентов в грунты;

- извлечение инъекторов и ликвидация инъекционных скважин;

- работы по контролю качества закрепления.

Контроль качества закрепления грунтов способами силикатизации и смолизации достаточно надежно обеспечивается выполнением следующих контрольных мероприятий:

- проверкой качества исходных химических материалов;

- операционной проверкой качества рабочих закрепляющих реагентов при производстве работ;

- опытной проверкой заложенных в проект расчетных параметров закрепления и технических условий на производство работ;

- контролем исполнения при производстве работ заложенных в проект расчетных параметров закрепления и заданных им технических условий;

- проверкой соответствия требованиям проекта характеристик физико-механических свойств закрепленных грунтов, а также однородности закрепления;

- проверкой проектных форм и размеров закрепленных массивов, а также сплошности закрепления;

- наконец, при усилении или устройстве оснований и фундаментов зданий и сооружений из закрепленных грунтов, инструментальными геодезическими наблюдениями за осадками фундаментов.

Для упрочнения просадочных лёссовых грунтов применяется термическое закрепление, осуществляемое обжигом закрепляемых грунтов газообразными продуктами горения топлива, имеющими температуру 700-1000°С. Наиболее эффективным является сжигание топлива непосредственно в толще закрепляемого грунта (рис.2). Стабилизация и закрепление неустойчивых водоносных грунтов достигается искусственным замораживанием грунтов.

Укрепляемая толща грунта прогревается до температур (от 350 до 1000°С), вызывающих изменение свойств грунтов в основном за счет проникновения раскаленных продуктов сгорания в поры грунта под избыточным давлением до 0,5 атм. Для сохранения давления в скважине за счет подаваемого в скважину воздуха необходимо обеспечить герметизацию устья скважины.

Расход горючего и температура строго рассчитываются и регулируются во избежание расплавления и стекания в скважину грунта. Условия разжигания топлива зависят от вида последнего и наиболее просты для газообразного топлива, при котором упрощаются также и другие работы по обжигу грунта.

Благодаря действию высокой температуры отдельные минералы скелета грунта оплавляются, образуют прочные связи между частицами грунта, грунт теряет просадоаные свойства, становится неразмокаемым, повышается его прочность и модуль деформации. Термическое закрепление применяется в грунтах с газопроницаемостью не менее 8 см/мин при глубине просадочной толщи до 15 м. Цилиндрическая зона обожженного грунта вокруг скважины имеет примерно 2-метровый диаметр.

Рис. 2. Схема установки для термического закрепления просадочных лёссовых грунтов сжиганием топлива непосредственно в скважине: 1 - просадочный грунт; 2 - непросадочный грунт; 3 - компрессор; 4 - трубопровод для холодного воздуха; 5 - ёмкость для жидкого горючего; 6 - насос для подачи горючего в скважину; 7 - трубопровод для горючего; 8 - фильтр; 9 - форсунка; 10 - затвор с камерой сгорания; 11 - скважина; 12 - зона термического закрепления грунта.

Уплотнение грунтов производится при возведении постоянных земляных сооружений, планировке площадок, обратной засыпке траншей и пазух котлованов, подсыпке под полы промышленных зданий и т. д. В результате уплотнения грунта увеличиваются его плотность, сопротивление сдвигу, водонепроницаемость и существенно уменьшается осадка грунта в процессе эксплуатации сооружений.

Грунт уплотняют послойно механизированным способом. Толщина слоя зависит от вида грунта и типа грунтоуплотняющих средств. Наиболее эффективно уплотнять связные грунты укаткой и трамбованием, а несвязные -- вибрационным и комбинированным воздействием (виброукаткой, вибротрамбованием и т.д.).

Вибрационным способом целесообразно уплотнять несвязные грунты, в которых вибрация вызывает резкое снижение сил внутреннего трения между частицами грунта.

Контроль плотности может осуществляться определением плотности грунта в пробах, взятых из возводимой насыпи, плотномерами, погруженными в грунт, и другими приборами с ис-пользованием излучений, ультразвука и др.

Список используемой литературы

Адамович А. Н. и Колтунов Д. В., Цементация оснований гидросооружений, М. - Л. 1953;

Ржаницын Б. А., Силикатизация песчаных грунтов, М., 1949;

Литвинов И. М., Термическое укрепление просадочных лёссовых и других грунтов в основании различных зданий и сооружений, К., 1955.

Размещено на Allbest.ru