Способ искусственного закрепления грунтов замораживание

Искусственное закрепление грунтов

Искусственное закрепление грунтов — это такое воздействие на грунт, в результате которого повышается его прочность: он становится неразмываемым, а в некоторых случаях и водонепроницаемым, и применяется с целью создания водонепроницаемых ограждений при отрывке котлованов и траншей, борьбы с оплыванием откосов, а также укрепления оснований фундаментов. В строительстве применяется поверхностное — на глубине менее 1 м, и глубинное — на глубине в несколько метров, закрепление грунта.

Искусственное закрепление грунтов может выполняться: замораживанием, цементацией, силикатизацией, битумизацией, термическими и электрохимическими способами и др. 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.

Цементация применяется для закрепления крупно-, среднезернистых песков и трещиноватых скальных пород путем нагнетания в грунт цементного раствора через инъекторы. В зависимости от размера трещины и пористости песка применяют суспензию с отношением цемента к воде от 1:1 до 1:10, а также цементные растворы с добавками глины, песка и других инертных материалов. Радиус закрепления грунтов составляет в скальных грунтах — 1,2-1,5 м, в крупных песках — 0,5-0,75 м, в песках средней крупности — 0,3-0,5 м. Цементацию производят нисходящими зонами; нагнетание прекращают при достижении заданного поглощения или когда снижение расхода раствора достигнет 0,5 л/мин в течение 20 мин при заданном давлении.

Силикатизация применяется для повышения прочности, устойчивости и водонепроницаемости песчаных и водонасыщенных грунтов с коэффициентом фильтрации от 2 до 80 м/сут. Способ силикатизации успешно применяется для закрепления грунтов в основаниях существующих зданий в целях ликвидации их просадок. Силикатизация может быть двух- и одно-растворной. Двухрастворная силикатизация заключается в последовательном нагнетании в грунт сначала водного раствора силиката натрия (жидкого стекла), а затем хлористого кальция, которые в результате химической реакции образуют гель кремниевой кислоты, гидрат окиси кальция (известь) и хлористый натрий. При этом прочность грунта достигает 1,5-3 МПа.

Для слабо дренирующих грунтов с коэффициентом фильтрации менее 0,3 м/сут применяется способ одноразовой силикатизации; при этом в грунт закачивается смесь жидкого стекла с отвердителем. Прочность закрепленного грунта получается 0,3-0,6 МПа — предельная прочность при одноосном сжатии кубика из закрепленного грунта размером 5x5x5 см. Лессовые грунты укрепляют, нагнетая в них под давлением раствор жидкого стекла, который, вступая в реакцию с содержащимися в этих грунтах солями кальция, образует гель кремниевой кислоты, гидрат окиси кальция и сернокислый натрий.

Раствор при силикатизации нагнетают специальными трубами-инъекторами, погружаемыми раздельно или пакетами по пять штук. Расстояние между инъекторами принимается в зависимости от типа грунта и уточняется экспериментально.

Битумизация применяется для закрепления песчаных и сильнотрещиноватых скальных грунтов, а также для прекращения через них фильтрации воды. Горячий битум нагнетают в грунт через инъекторы, установленные в пробуренных скважинах. Горячий битум к инъекторам подается от котлов насосам по трубам под давлением. Глинизация заключается в инъецировании глинистого раствора в пористые грунты и мало чем отличается от цементации.

Смолизация — закрепление грунтов инъекцией синтетической карбамидной смолы; способ применяется для закрепления грунтов с коэффициентом 0,3-5,0 м/сут. Термическое закрепление лессовых грунтов состоит в обжиге их горячими газами, образующимися в результате сжигания жидкого или газообразного топлива в скважинах, пробуренных в толще закрепляемого грунта. При толщине лессового грунта менее 3 м применять этот метод нерационально.

Электрическое и электрохимическое закрепление грунтов применяется для закрепления глинистых и илистых грунтов. Оно заключается в пропускании через грунт постоянного тока напряжением 30-100 В плотностью тока 0,5-7 А на 1 м2 вертикального сечения закрепляемого слоя грунта. Электродами в данном случае являются металлические стержни или трубы, которые забивают в грунт параллельными рядами через 0,6-1 м. Для ускорения процесса закрепления в грунт вводят через трубу, являющуюся катодом, раствор хлористого кальция. В результате глина уплотняется, осушается и теряет способность к пучению.

Ссылки на другие страницы сайта по теме «строительство, обустройство дома»:

Источник

Лекции / Способы искусственного закрепления грунтов

Технология строительных процессов.

Способы искусственного закрепления грунтов.

Закрепление грунтов производится в целях повышения их прочности и устойчивости или придания им водонепроницаемости. Для этого используют способы цементации, глинизации, битумизации, силикатизации, смолизации и термического закрепления. В сложных гидрогеологических условиях применяют искусственное замораживание грунтов.

Цементацию, глинизацию, битумизацию трещиновых скальных, а также песча-

ных и гравелистых грунтов производят путем нагнетания в них заполняющих (тампонажных) растворов через инъекторы, установленные в пробуренных скважинах.

Для цементации применяют специальные составы цементных, цементно-песчаных или цементно-глинистых тампонажных растворов с использованием портландцемента марки не ниже 300, а для глинизации — глиносиликатные и бетонито-силикатные растворы. Нагнетают цементизированные и глинистые растворы под давлением до 10 МПа специальными насосами, а при давлении до 1,5 МПа — диафрагмовыми насосами.

Растворы в закрепляемые грунты нагнетают гидравлическими или пневматическими способами с использованием при первом из них насосов высокого давления, а при втором — компрессоров (нагнетание сжатым воздухом). Однако на практике чаще применяют гидравлический способ с нагнетанием раствора по циркуляционной и нажимной (бесциркуляционной) схемам. При циркуляционной схеме (рис. 1а) раствор в скважину подают под давлением, часть которого поглощается трещинами, а избыток его возвращается из скважины в растворосмеситель. При нажимной схеме раствор в скважину попадает по мере его поглощения трещинами.

Битумизацию грунтов с нагнетанием горячего битума производят насосами в пробуренные скважины с помощью установленных в них инъекторов, обеспечивающих подогрев битума в стволе скважины. Битум нагнетают с постепенным увеличением давления, обычно в несколько циклов, с перерывами для остывания битума.

Силикатизацию и смолизацию (химическое закрепление) грунтов производят путем нагнетания через систему инъекторов водных растворов силиката натрия или смолы с отвердителем. Данными способами закрепляют песчаные и лессовые грунты.

Способ силикатизации может быть двух- и однорастворным. Двухрастворное закрепление состоит в последовательном нагнетании в грунт сначала водного раствора силиката натрия (Na 2 SiO 3 ),а затем хлористого кальция (CaCl 2 ). Растворы вступают в реакцию и образуют гель кремниевой кислоты (nSiO 2 mH 2 O), который обволакивает зерна грунта и, твердея, связывает их в монолит. Этот способ применяют в достаточно хорошо дренирующих грунтах (коэффициент фильтрации 2. 80 м/сут). При этом прочность грунта достигает 1,5. 3 МПа.

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

Раствор при химическом закреплении нагнетают специальными трубамиинъекторами (рис. 1б), погружаемыми раздельно или пакетами по 5 шт. Расстояния между инъекторами принимают в зависимости от вязкости раствора и типа грунта, уточняют экспериментально. Инъекторы после окончания работ извлекают из грунта гидравлическим домкратом или винтовым шарнирным станком.

Термическое закрепление грунтов осуществляют путем нагнетания в пробуренные скважины высокотемпературных газов. Способ применяют для упрочнения маловлажных посадочных грунтов. Максимальная температура в скважине не должна превышать 900-1000 C. При образовании трещин в грунте их заделывают местным грунтом с плотным утрамбовыванием.

Технология строительных процессов.

Рисунок 1. Искусственное закрепление и замораживание грунтов: а — схема цементации грунтов; б — инъектор для силикатизации и смолизации грунтов; в — пневматическая установка непрерывного действия для силикатизации грунтов; г — схема замораживания грунтов; 1 — подача воды; 2 — растворосмеситель; 3 — возвратная труба при бесциркуляционном способе нагнетания; 4 — то же, при циркуляционном способе; 5 — нагнетательная труба; 6 — циркуляционный насос; 7 — всасывающие трубы; 8 — основной ниппель; 9 — глухое звено; 10 — переходный ниппель; 11 — перфорированное звено; 12 — наконечник; 13 — подача сжатого воздуха; 14 — люк; 15 — подача раствора к инъектору; 16 — вентиль регулирования давления; 17 — манометр; 18 — предохранительный клапан; 19 — подача рабочего раствора; 20 — водомерное стекло; 21 — контрольный вентиль; 22 — насос подачи рассола; 23 — испаритель; 24 — грязеуловитель; 25 — компрессор; 26 — маслоотделитель; 27 — манометрическая станция; 28 — конденсатор; 29 — замораживающая колонка; 30 — питающая труба; 31 — коллектор; 32 — распределитель; 33 – рассолопроводы.

Искусственное замораживание грунтов заключается в создании искусственного прочного и водонепроницаемого ограждения в плане любой формы из замороженного грунта, препятствующего проникновению грунтовой воды или водонасыщенных неустойчивых грунтов в котлован при производстве строительных работ. Для замораживания грунтов по периметру котлована через толщу водоносных грунтов бурят скважины с заглублением на 2-3 м в водоупорный слой, а затем в скважины опускают замораживающие трубы (колонки), нижний конец которых герметически заварен в виде конуса. В колонку опускают трубы меньшего диаметра (питающие) с открытым нижним концом, не доходящим до дна на 40-50 см. Питающие трубы колонок подключают к специальным трубам — рассолопроводам, соединенным с замораживающей (холодильной) станцией. По трубам и колонкам циркулирует раствор хлористого кальция (рассол), обладающий способностью оставаться в жидком состоянии при отрицательных температурах (рис. 1г). На заморажи-

Технология строительных процессов.

вающей станции рассол охлаждают и насосом нагнетают в распределитель, откуда он равномерно распределяется по питающим трубам колонок. Достигнув дна колонки, рассол под давлением поднимается вверх по зазору между питающей трубой и замораживающей колонкой. При этом происходит теплообмен, т.е. рассол отнимает тепло у грунта, окружающего колонку, понижает его температуру и постепенно его замораживает. Затем рассол снова поступает в коллектор и на замораживающую станцию для нового охлаждения, и цикл повторяется. В результате вокруг каждой колонки образуется массив замороженного грунта в виде цилиндров, объем которых в процессе дальнейшего замораживания увеличивается, и они, смерзаясь, образуют сплошной и замкнутый массив замороженного грунта вокруг котлована. Чтобы он не размораживался, холодильная станция должна работать в течение всего периода строительства.

В качестве хладагента в холодильных станциях используют в основном аммиак, редко фреон или жидкий азот. Толщину стен и объем ледового ограждения, а также мощность холодильной установки (станции) определяют статическими и теплотехническими расчетами. Расстояние между замораживающими колонками по периметру котлована принимают при однорядном их расположении 1-1,5 м, а между рядами (при многорядном расположении) — 2-3 м.

Электрическим способом закрепляют влажные глинистые грунты. Заключается он в пропуске через грунт постоянного электрического тока с напряженностью поля 0,5. 1 В/см и плотностью тока 1 . 5 А/м 2 . При этом глина осушается, сильно уплотняется и теряет способность к пучению.

Электрохимический способ отличается от предыдущего тем, что одновременно с электрическим током в грунт вводят через трубу, являющуюся катодом и служащую инъектором, растворы химических добавок, увеличивающие проводимость тока (силикат натрия, хлористый кальций, хлористое железо и др.). Благодаря этому интенсивность процесса закрепления грунта возрастает.

Источник

Искусственное закрепление грунтов

Искусственное закрепление грунтов представляет со­бой совокупность воздействий на грунт, в результате чего повышается прочность, он становится неразмываемым, а в некоторых случаях и водонепроницаемым.

Закрепление грунтов применяется при создании во­круг разрабатываемых выемок водонепроницаемых за­вес или повышении 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 грунтовприменяют в сильно водонасыщенных грунтах (плывунах) при разработке глубоких выемок. По периметру котлована погружают заморажи­вающие колонки из труб, соединенных между собой трубопроводом, по которому нагнетается специальная жидкость — рассол (растворы солей с низкой темпера­турой замерзания), охлажденный холодильной установ­кой до —20. —25 °С (рис. У.14). Для охлаждения рас­сола в холодильной установке применяют так называе­мые хладагенты (аммиак, реже — углекислоты).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, глубина выемки назначается в сред­нем 1.5. 3 м. Способ замораживания не лишен недостатков: сох­ранение эффекта лишь на период действия замораживаю­щей установки, длительный процесс естественного от­таивания, повышение влажности грунта за счет миграции воды из теплых слоев грунта к охлажденным (под дей­ствием градиента температур). Однако технология за­мораживания и технические средства для его выпол­нения достаточно отработаны и поэтому, несмотря на указанные недостатки, этот способ широко применяется.

Цементация и битумизациязаключается в инъеци­ровании цементного раствора или разогретых битумов. Эти способы применяют для пористых грунтов с высо­ким коэффициентом фильтрации, а также трещиноватых скальных пород.

Химическим способомзакрепляют песчаные и лессо­вые грунты посредством нагнетания в них через инъекторы химических растворов.Химический способ может быть двух- и однорастворный. Двухрастворное закрепление заключается в после­довательном нагнетании в грунт сначала водного раст­вора силиката натрия Na2SiO3, а затем хлористого каль­ция СаС1₂. Растворы вступают в реакцию и образуют гель кремниевой кислоты nSiO2mH2O , который обволакивает зерна грунта и, твердея, связывает их в монолит. Этот способ применяется в хорошо дренирующих грун­тах с коэффициентом фильтрации больше 2 м/сут. При этом прочность грунта достигает 1,5. 3 МПа. Однорастворное закрепление (смесь силиката натрия и отвердителя) применяется для слабодренирующих грунтов с коэффициентом фильтрации менее 0,3 м/сут. Прочность закрепленного грунта получается 0,3. 0,6 МПа.Раствор при химическом закреплении нагнетают спе­циальными трубами — инъекторами (рис. У.15), погру­жаемыми раздельно или пакетами по 5 шт. Расстояние между инъекторами определяют в зависимости от вяз­кости раствора и типа грунта и уточняют эксперимен­тально.

Термическое закрепление,применяемое для лессовых грунтов, заключается в обжиге 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 пробуренную скважину.

Электрическим способомзакрепляют влажные гли­нистые грунты. Способ заключается в использовании эф­фекта электроосмоса, для чего через грунт пропускают постоянный электрический ток с напряженностью поля 0,5. 1 В/см и плотностью 1. 5А/м 2 . При этом глина осу­шается, уплотняется и теряет способность к пучению.

Электрохимический способотличается от предыду­щего тем, что одновременно с электрическим током в грунт вводят через трубу, являющуюся катодом и слу­жащую инъектором, растворы химических добавок, уве­личивающие проводимость тока (силикат натрия, хло­ристый кальций, хлористое железо и др.). Благодаря этому интенсивность процесса закрепления грунта воз­растает.

Источник