2015-08-21
872
С целью повышения производительности машин и механизмов, разрабатывающих грунт, улучшения условий труда в подготовительный период на строительной площадке при необходимости выполняют работы по улучшению свойств грунта и его прочности, Для этого наиболее часто применяют физические, химические и электрохимические способы.
К физическим способам относятся такие, которые обеспечивают улучшение свойств грунтов за счет прохождения в них физических процессов: водопонижения, тампонажа, искусственного замораживания.
Иглофильтровые трубы располагают вокруг разрабатываемой выемки либо с одной или двух сторон траншеи в зависимости от её ширины. Для понижения уровня грунтовых вод на глубину до 6 м применяют легкие иглофильтровые установки (ЛИУ). Иглофильтры погружают в грунт до проектной отметки механическими средствами (отбойными молотками, вибропогружателями и т.п.) в предварительно пробуренные скважины или под действием собственной тяжести, а также гидроподмывом.
Дня понижения грунтовых вод на глубину 1-3 м иглофильтры размещают у бровки выемки через 1-1,5 м. При необходимости более глубокого понижения грунтовых вод иглофильтровые установки располагают в два яруса.
Расстояния между иглофильтрами в зависимости от фильтрующей способности грунтов и глубины водопонижения назначаются по расчету.
Применение иглофильтровых установок наиболее эффективно в относительно чистых песчаных и песчано-гравелистых грунтах.
Водопонижение с помощью водопонижающих скважин применяется при разработке глубоких выработок, когда требуется понизить уровень грунтовых вод на 20 м и более. Сущность данного способа состоит в том, что вокруг будущей выемки бурятся скважины диаметром не менее 160 мм, в нижней части которых располагается фильтр. Внутрь скважины опускается насос, с помощью которого откачивается вода, поступающая из водонасыщенного грунта.
Если строительная площадка располагается на трещиноватых и крупнопористых грунтах, то улучшение их свойств выполняют способом тампонажа.
Сущность тампонажа грунта заключается в нагнетании специальных растворов или смесей, которые придают грунту водонепроницаемость и монолитность. Нагнетание производится через систему тампонажных скважин, расположенных вокруг будущей выемки.
Существует три вида тампонажа в зависимости от применяемого раствора:
глинизация - в качестве тампонажной смеси используются суспензии из глин, с помощью которых достигается улучшение свойств грунта в радиусе 2-3 м от скважины;
битумизация - в качестве тампонажного материала применяется битум, расплавленный до температуры 190 °С (горячая битумизация), который, остывая в грунте, закупоривает трещины и поры. Горячий битум нагнетается в грунт через битумизационные скважины, снабженные продольными электроподогревателями;
цементация - в качестве тампонажного раствора применяется цементный или цементно-песчаный раствор. Этот способ применим в трещиноватых породах. Для цементации используются цементы не ниже М300. Бурение скважин производится буровыми установками. Нагнетание цементного раствора осуществляется плунжерными насосами или пневмонагнетательными установками под давлением на 0,2 - 0,3 МПа больше гидростатического напора грунтовых вод.
В водонасыщенных грунтах (плывунах) применяется искусственное замораживание. Сущность этого способа заключается в том, что через систему замораживающих скважин пропускается хладоноситель с низкой температурой, который превращает водонасыщенный грунт в массив с высокой прочностью (рис.1).
1 - охлаждающая колонка; 2 - трубопровод для подачи хладоносителя; 3 - замороженный грунт; 4 - выемка; 5 - холодильная установка
В качестве хладоносителя применяют растворы солей (рассол) или сжиженный газ (жидкий азот) с температурой 20-25°С. Скорость промораживания грунта составляет 1-2 см/сут, прочность замороженного грунта колеблется от 3 МПа (для глин) до 15 МПа (для песчаных грунтов). При рассольном способе замораживания происходит сильное переувлажнение и интенсивное пучение грунта. По этой причине этот способ в зоне существующей застройки применять опасно. Этот недостаток устраняется применением в качестве хладоносителя сжиженного азота, имеющего температуру испарения 196 °С. Для закрепления 1 м кубического грунта требуется до 600 кг азота. Скорость замораживания грунта составляет 10-15 см/сут и превышает скорость водопритока в замороженную зону, поэтому интенсивного пучения и водонасыщения грунта не происходит.
К химическим способам относятся такие, которые обеспечивают закрепление грунтов при взаимодействии вводимых в грунт реагентов между собой и с минеральными частицами. Химические реагенты вводятся в грунт под избыточным давлением через перфорированные трубчатые инъекторы. В зависимости от применяемых реагентов химический способ подразделяется на силикатизацию и смолизацию. При силикатизации в качестве основы, закрепляющей грунт, используется гидросиликат натрия (жидкое стекло), а при смолизации - синтетические водорастворимые смолы. Процесс закрепления грунта происходит благодаря смешиванию основы с отвердителем (коагуляторами и полимеризаторами).
Силикатизация подразделяется на три вида:
1) двухрастворная - применяется для хорошо дренирующих грунтов. Сначала в грунт нагнетают водный раствор силиката натрия NaSiO, а затем хлористый кальций CaCl. Эти растворы вступают в реакцию и образуют прочный монолит;
2) однорастворная - применяется, если грунты слабодренирующие. В этом случае нагнетается в грунт раствор жидкого стекла и отвердителя, смешанных в необходимом соотношении. В качестве отвердителя могут применяться растворы соляной, серной, щавелевой кислот или солей серной кислоты;
3) газовая - в качестве коагулятора жидкого стекла применяется углекислый газ, закачиваемый в грунт до и после нагнетания раствора.
