2015-08-21
2894
| Методы закрепления грунтов оснований: |
| 1. Конструктивные методы улучшения оснований |
| 2. Механические методы уплотнения грунтов |
| 2.1 Поверхностное уплотнение грунтов |
| 2.2 Глубинное уплотнение грунтов |
| 3. Физико-химические методы улучшения оснований |
| 3.1 Инъекционные методы |
| 3.2 Электрические методы закрепления грунтов |
| 3.3 Температурные методы упрочнения грунтов |
Способы устройства искусственных оснований Таблица 9.1
| Методы устройства | Вид основания или способ его устройства | Область применения по грунтовым условиям | |
| Конструктивные методы | Песчаные подушки | Илы, связные грунты в текучем состоянии, торфы, заторфованные и насыпные грунты | |
| Грунтовые подушки из местного связного грунта | То же, а также просадочные грунты | ||
| Каменные, песчано-гравийные и другие отсыпки | Обводненные илы и другие структурно-неустойчивые грунты. | ||
| Шпунтовые ограждения | То же | ||
| Армирование грунтов | Слабые песчаные и связные грунты | ||
| Механические методы | Поверхностное уплотнение | Уплотнение грунтов укаткой | Рыхлые песчаные и макропористые просадочные грунты, свежеуложенные связные грунты при Sr ≤ 0,7 и послойной отсыпке |
| Уплотнение грунтов площадочными вибраторами | Рыхлые песчаные грунты при послойной укладке | ||
| Уплотнение грунтов тяжёлыми трамбовками | Рыхлые песчаные и макропористые просадочные грунты, свежеуложенные связные и насыпные грунты при Sr ≤ 0,7 | ||
| Вытрамбовывание котлованов под фундаменты | Макропористые просадочные грунты, пылевато-глинистые грунты при Sr≤ 0,7 | ||
| Глубинное уплотнение | Уплотнение грунтов грунтовыми сваями | Макропористые просадочные грунты, рыхлые пылеватые и мелкие пески, слабые сильносжимаемые заторфованные грунты | |
| Уплотнение грунтов пневмопробойниками | Макропористые просадочные грунты, пылевато-глинистые грунты при S≤ 0,7 | ||
| Уплотнение грунтов раскаткой скважин | Макропористые просадочные грунты, пылевато-глинистые грунты при S≤ 0,7, торфы | ||
| Устройство известковых свай | Слабые сильносжимаемые водонасыщенные пылевато-глинистые и заторфованные грунты | ||
| Обжатие грунтов статическими нагрузками с устройством вертикальных дрен | Слабые сильносжимаемые пылевато-глинистые и заторфованные грунты | ||
| Уплотнение грунтов динамическими воздействиями | Рыхлые песчаные грунты | ||
| Уплотнение грунтов глубинными взрывами | То же | ||
| Предварительное замачивание | Макропористые просадочные грунты | ||
| Предварительное замачивание и глубинные взрывы | Макропористые просадочные грунты | ||
| Уплотнение грунтов водопонижением | Слабые сильносжимаемые водонасыщенные грунты | ||
| Физико-химические методы | Инъекцион-ные | Цементация | Трещиноватая скала, гравелистые и крупные пески |
| Силикатизация | Пески и макропористые просадочные грунты | ||
| Закрепление грунтов синтетическими смолами | То же | ||
| Электрохимические | Электросиликатизация | Слабые пылевато-глинистые грунты при коэффициенте фильтрации грунтов к ≤ 0,01 м/сут. | |
| Электроосмос | То же | ||
| Электрохимическое закрепление | То же | ||
| Разрывные | Струйная технология | Пески, макропористые просадочные, пылевато-глинистые грунты | |
| Высоконапорная инъекция | Пески, макропористые просадочные, пылевато-глинистые грунты | ||
| Напорная инъекция | Насыпные, органические и органоминеральные грунты, рыхлые пески, пылевато-глинистые грунты Ip > 0,5 | ||
| Температурные | Термическое закрепление | Макропористые просадочные и другие связные грунты | |
| Замораживание | Структурно неустойчивые водоносные грунты |
Основоположником метода инъекций твердеющего раствора для упрочнения и закрепления грунтов основания можно считать инженера Бериньи, успешно инъектировавшего цементные растворы под давлением при ремонте ограждающих щитовых сооружений в 1802 г. в порту Дьепп во Франции.
|
|
|
|
|
|
Инъекционное закрепление грунтов производится с целью уменьшения их водопроницаемости (противофильтрационное) или увеличения прочности (укрепительное). Оно основано на постепенном нагнетании твердеющих растворов в грунт, при этом в зависимости от технологии производства работ возможны две принципиально различные схемы:
1. Нагнетание раствора осуществляется под давлением, не превышающим структурную прочность грунта. Инъектируемый раствор заполняет поровое пространство и там застывает, при этом происходит изменение свойств грунта без нарушения естественного сложения. В классической литературе такая технология называется пропиткой грунта или традиционным инъекционным закреплением.
2. Инъектирование раствора осуществляется с разрывом структуры грунта, при этом его распространение происходит по образовавшимся трещинам и слабым прослоям в массиве. В результате происходит образование жесткого каркаса из затвердевшего раствора и уплотнение грунта в местах его обжатия.
Инъекционные методы упрочнения, основанные на пропитке грунтов, в литературе традиционно связываются с названием вяжущего - цементация, силикатизация, смолизация.
Цементация грунтов основана на нагнетании в упрочняемое основание цементных растворов, которые при твердении придают массиву необходимую прочность и монолитность. Достоинствами цементации являются техническая простота, высокая надёжность достигаемых результатов, экологическая чистота вяжущего (цемента), его широкое распространение и доступность. Основным недостатком метода является ограниченность условий применения высокопроницаемыми грунтами.
Цементный раствор не является раствором в смысле химического термина, а представляет собой водную суспензию с частицами цемента. Известно, что наиболее крупные частицы цемента обычного помола имеют диаметр частиц порядка около 0,1 мм. Для нагнетания цементного раствора в грунт поры должны быть достаточно крупными, а потому цементацию традиционно применяют для упрочнения трещиноватой скалы и крупнообломочных грунтов с коэффициентом фильтрации не ниже 100 м/сутки. При использовании цементов высокого помола этот метод с успехом может применяться для упрочнения оснований, сложенных гравелистыми песками, а также крупными и средней крупности. С повышением тонкости помола улучшаются некоторые основные свойства цементного раствора: уменьшается расслаиваемость раствора, создаётся более однородная по плотности структура, понижается скорость и объём водоотделения, увеличивается прочность цементного камня. В то же время, использование высокодисперсных цементов, особенно иностранного производства, значительно повышает стоимость работ.
|
|
|
При цементации расчёт параметров инъектирования (объём раствора, давление нагнетания, размеры зоны распространения раствора) производится на основе решения фильтрационных задач. Для уточнения проектных параметров выполняется опытное нагнетание в натурных условиях.
При цементации скальных трещиноватых массивов нагнетание ведётся в скважины. Интервал нагнетания ограничивается специальными тампонами ( рис. 9.12 ).
Рис. 9.12 Цементация скальных пород
1- манометр, 2 – тампон, 3 – трещины, 4 - необсаженная цементационная скважина.
При упрочнении гравийно-галечниковых и песчаных грунтов ( рис. 9.13 ) для нагнетания раствора используются инъекторы из стальных труб диаметром 27-150 мм. Длина перфорированной части составляет 0,8-1 м. Нагнетание раствора продолжается до прекращения поглощения раствора («отказа»), которое контролируется по резкому возрастанию давления нагнетания.
Рис. 9.13 Схема цементации дисперсных грунтов
1 - гравелистый песок, 2 - среднезернистый песок, 3 - крупный песок, 4 – гравий, 5 - стабилизированная зона, 6 – манометр, 7 - гидравлический подъемник инъектора, 8 - инъектор.
Силикатизация грунтов основана на использовании силикатных растворов и их производных, которые при соединении с коагулянтом образуют гель кремниевой кислоты, цементирующей частицы грунта. В зависимости от водопроницаемости грунта и его химической активности используют двух- или однорастворный способ силикатизации.
Пески с коэффициентом фильтрации 2-80 м/сутки закрепляют двухрастворной силикатизацией. Для этого через инъектор, заходками, равными длине его перфорированной части, нагнетают водные растворы силиката натрия (Na2O ·n SiO2) с плотностью 1,3-1,4 г/см3 и хлористого кальция (CaСl2) с плотностью 1,26-1,28 г/см3, при взаимодействии которых образуется гидрогель кремниевой кислоты (SiO2· n H2O). Постепенно этот гель отвердевает и цементирует частицы песка в камневидную массу с прочностью на сжатие 2-5 МПа. Рабочее давление при нагнетании растворов назначают 0,12-0,15 МПа и не более 0,2 МПа.
|
|
|
Специфическим недостатком двухрастворной силикатизации является то, что хлористый кальций, являясь сильным коагулянтом, при соединении с жидким стеклом очень быстро образует гель. Это ограничивает радиус проникновения раствора в грунт.
Для закрепления мелких и пылеватых песков с коэффициентом фильтрации 0,5-5 м/сутки применяют однорастворный способ силикатизации. По этой технологии в грунт нагнетается раствор силиката натрия плотностью 1,15-1,30 г/см3 с медленно действующим отвердителем - ортофосфорной кислотой или алюминатом натрия. Образование геля в грунте при смешении этих растворов происходит в заданное время, зависящее от количества коагулянта. Прочность закрепленного грунта на сжатие доходит при этом до 2–3 МПа.
Газовая силикатизация представляет собой нагнетание в грунт двуокиси углерода для предварительной его активации с последующей закачкой силикатного раствора. После инъекции раствора производят повторное нагнетания в грунт двуокиси углерода, что усиливает процесс отвердения крепителя. Способ газовой силикатизации позволяет закреплять пылеватые пески с невысоким коэффициентом фильтрации, а также лёссовые грунты в достаточно широком диапазоне их влажности.
Лёссы и лёссовидные глинистые грунты естественной влажности с коэффициентом фильтрации 0,1-2 м/сутки закрепляют также однокомпонентным раствором “жидкого стекла” с плотностью 1,1-1,2 г/см3 без какой-либо активизации грунта. Отвердителем здесь являются содержащиеся в лёссе соли кальция (карбонаты). Прочность закрепленного однораствороной силикатизацией грунта на сжатие доходит при этом до 2-3 МПа.
