Методы искусственного закрепления грунтов и создание противофильтрационных завес

Закрепление грунтов производится в целях повышения их прочности, в результате которых повышается прочность грунта; он стано­вится неразмываемым, а в не­которых случаях и водонепро­ницаемым.

Закрепление грунтов при­меняют при создании вокруг разрабатываемых выемок водонепроницаемых завес или повышения несущей способ­ности грунтовых оснований. В зависимости от физико-меха­нических свойств грунта, его состояния, требуемой степени и назначения закрепления применяют замораживание, цементацию, битумизацию, химический, термический, электрический, электрохими­ческий и другие способы искусственного закрепления грунтов.

Замораживание грунтов применяют в сильно водонасыщенных грунтах (плывунах) при разработке глубоких выемок. Для этого по периметру котлована погружают замораживающие колонки из труб, соединенных между собой трубопроводом, по которому нагнетают специальную жидкость — рассол (растворы солей с низкой темпе­ратурой замерзания), охлажденный холодильной установкой до —20... —25°С (рис. 5.8). Рассол в холодильной установке охлаждают так называемыми хладоагентами — аммиак, реже углекислота (ди­оксид углерода).

Охлаждающие иглы состоят из наружных труб, закрытых и заостренных снизу, и внутренних, вставленных в них коаксиально и открытых снизу. Рассол поступает во внутреннюю трубу, а в нижней части колонки переходит в наружную трубу, по которой поднимается вверх, после чего направляется к следующей колонке. Окружающий грунт замерзает концентрическими цилиндрами с постепенно увеличивающимися диаметрами. Эти цилиндры смер­заются в сплошную стенку мерзлого грунта, которая выполняет функцию конструкции ограждения временной выемки. Расстояние между колонками зависит от гидрогеологических и температурных условий производства работ, глубины выемки и назначается в среднем от 1,5 до 3 м.

Цементация и битумизация заключаются в инъецирований со­ответственно цементного раствора или разогретых битумов. Их применяют для пористых грунтов с высоким коэффициентом филь­трации, а также трещиноватых скальных пород. Химическим способом за­крепляют песчаные и лёссо­вые грунты посредством нагнетания в них через инъ-екторы химических раство­ров. Химический способ может быть двух- и одно растворный.

Двухрастворное закрепле­ние заключается в последова­тельном нагнетании в грунт сначала водного раствора си­ликата натрия Na2SiO3, а за­тем хлористого кальция СаСl. Растворы вступают в реакцию и образуют гель кремниевой кислоты, который обволаки­вает зерна грунта и, твердея, связывает их в монолит. Этот способ применяют в достаточно хорошо дренирующих грунтах (коэффициент фильтрации >2 м/сут). При этом прочность грунта достигает 1,5...3 МПа.

Однорастворное закрепление (смесь силиката натрия и отвердителя) применяют для слабо дренирующих грунтов с коэффициентом фильтрации менее 0,3 м/сут. Прочность закрепленного грунта со­ставляет 0,3...0,6 МПа.

Раствор при химическом закреплении нагнетают специальными трубами —инъекторами.

Термическое закрепление применяют для лёссовых грунтов. Оно реализуется в результате обжига раскаленными газами, нагнетаемы­ми через скважину в поры грунта. Газы образуются при сжигании жидкого или газообразного топлива, подаваемого в толщу грунта вместе с воздухом через жаропрочные трубы в заранее пробуренную скважину.

Электрическим способом закрепляют влажные глинистые грунты. Заключается он в использовании эффекта электроосмоса, для чего через грунт пропускают постоянный электрический ток с напряженностью поля 0,5... 1 В/см и плотностью 1...5 А /м². При этом глина осушается, сильно уплотняется и теряет способность к пучению.