Термические способы закрепления грунтов

Требования к качеству работ по закреплению грунтов

Закрепление грунтов

1. Закрепление грунтов всеми способами, кроме термического, следует выполнять при положительной температуре воздуха закрепляемых грунтов.
2. Проверка правильности проектных параметров и технических условий на производство работ по закреплению грунтов осуществляется контрольным закреплением, непосредственно при производстве работ на их начальной стадии. Все скважины в закрепляемом или закрепленном массиве (разведочные, инъекционные, контрольные) после их использования по назначению обязательно подлежат ликвидации путем заполнения цементным раствором.
3. При приеме законченных работ по закреплению грунтов должно быть установлено соответствие фактически полученных результатов закрепления с требованиями проекта. Учитывая опытный характер работ, указанное соответствие устанавливается сопоставлением проектно-сметной, исполнительной и контрольной документации.

Силикатизация и смолизация грунтов

1. Инъекционные работы должны выполняться в зависимости от конкретных грунтовых условий и конструкций закрепляемого массива с соблюдением следующих правил:
   • до начала основных работ при закреплении грунтов под существующими сооружениями необходимо производить вспомогательную цементацию зоны на контакте фундаментов и основания;
   • в неоднородных по проницаемости грунтах слой с большей проницаемостью необходимо закреплять в первую очередь;
   • при закреплении водоносных песчаных грунтов необходимо, чтобы последовательность инъекционных работ обеспечивала надежное сжатие подземной воды нагнетаемыми реагентами, защемление подземной воды в закрепляемом массиве не допускается.
2. Для предотвращения выбивания реагентов при сплошном закреплении грунтов через соседние инъекторы (скважины) одновременное погружение инъекторов в плане и нагнетание через них реагентов следует производить не менее чем на удвоенном расстоянии с последующим нагнетанием через пропущенные.
3. При силикатизации и смолизации грунтов, а также цементации крупнообломочных грунтов и гравелистых песков допускается оставлять в закрепленном массиве забивные инъекторы или трубы в качестве арматуры. Нагнетание реагентов в грунты следует производить под пригрузкой, в качестве которой используются залегающие над областью инъекции грунты, само сооружение или специально уложенные бетонные плиты.

Цементация грунтов

1. Для качественного закрепления трещиноватых скальных, в том числе закарстованных грунтов, должна быть обеспечена локализация нагнетаемых через скважины растворов в пределах закрепляемого массива, для чего следует соблюдать следующую последовательность работ:
   • создание защитного барьера против выхода растворов за контур закрепляемого массива путем предварительной цементации через барьерные скважины, расположенные по контуру массива;
   • последующая инъекция растворов внутри контура через систему скважин, расположенных по проекту.
2. Виды, марки и качество цементов, материалов, добавок, применяемых для приготовления инъекционных растворов, устанавливаются проектом в зависимости от грунтовых условий и особенностей возводимого сооружения.
3. Цементация грунтов должна выполняться по проекту производства работ, в котором кроме общестроительных требований должны содержаться данные о длине одновременно инъекцированных зон в скважинах, последовательности обработки скважин, характеристиках применяемых материалов.
4. Цементационные растворы следует производить способом последовательного сближения скважин, начиная с максимальных расстояний, при которых гидравлическая связь между ними при нагнетании практически отсутствует.
5. Бурение и нагнетание растворов в трещиноватых скальных и закарстованных грунтах, как правило, следует производить в одну зону, сразу на всю глубину цементации. Величина зоны устанавливается проектом.
   Разделение скважины на зоны следует производить в следующих случаях:
   • при наличии разного вида и разных размеров заполняемых растворами полостей (трещин, пустот, каналов) и применении различных заполнителей на разных глубинах цементируемой толщи грунтов;
   • при наличии в скальных грунтах нескольких прослоев с трещинами или пустотами;
   • при больших мощностях (более 10 м) цементируемого массива.
6. Бурение скважин и нагнетание в них растворов при отсутствии напорных подземных вод допускается производить без перерывов на время твердения цементного раствора. При наличии напорных грунтовых вод необходимы перерывы на время твердения раствора. В скальных грунтах скважины после бурения следует промывать водой или продувать сжатым воздухом.
7. Нагнетание растворов надлежит производить до «отказа», за который следует принимать:
   • поглощение скважиной (зоной) расчетного количества раствора при давлении нагнетания, не превышающем проектное;
   • снижение расхода раствора до 5-10 л/мин на скважину (зону) с одновременным повышением давления нагнетания выше проектного, если величина расхода при «отказе» особо не оговорена в проекте.
8. Качество цементации контролируется различными способами, в зависимости от видов грунтов:
   • скальных грунтов (трещиноватых, закарстованных) — способами бурения, гидравлического опробования и цементации контрольных скважин (критерий оценки качества цементации, а также объем контрольных работ устанавливаются проектом);
   • слаборастворимых скальных закарстованных грунтов — путем контрольного бурения и оценки размеров карстовых пустот по провалам бурового инструмента;
   • легкорастворимых грунтов (гипсовых и др.) — определением удельного водопоглощения, устанавливаемого проектом.

Буросмесительный способ закрепления грунтов

1. Работы по закреплению илов буросмесительным способом (илоцементными сваями) следует производить буросмесительными машинами или стаканами вращательного бурения, для нагнетания цементного раствора применять растворонасосы с давлением не менее 0,7 МПа, обеспечивающие непосредственную дозированную подачу раствора.
2. Суммарное время приготовления, транспортирования и подачи цементного раствора в грунт не должно превышать времени до начала схватывания раствора.
3. При производстве работ следует контролировать и строго соблюдать установленный по результатам опытных работ и заданный проектом технологический режим: частоту вращения и линейную скорость перемещения рабочего органа, последовательность нагнетания цементного раствора, число проходов рабочего органа и расход раствора.

Термическое закрепление грунтов

1. Для проверки соответствия грунтовых условий данным инженерно-технических изысканий и проекта в процессе бурения технологических скважин следует производить отбор образцов закрепляемых грунтов и соответствующие лабораторные определения их характеристик.
2. Началу работ по обжигу грунтов в скважинах должно предшествовать испытание газопропускной способности скважин. При выявлении слоев с низкой газопроницаемостью следует принимать меры по выравниванию газопропускной способности скважины путем отсечения и продувки таких слоев или путем увеличения поверхности фильтрации части скважины.
3. В процессе обжига должна поддерживаться максимальная температура газов, не вызывающая оплавления грунтов в стенах скважины. Давление и температура газов должны регистрироваться в журнале работ.
4. Образование массива следует считать законченным, если установленные в расчетном контуре термопары зафиксировали достижение заданной расчетной температуры, но не менее 350 град.С.
5. Качество термического закрепления грунтов надлежит контролировать по результатам лабораторных испытаний на прочность, деформируемость и водостойкость образцов закрепленных грунтов, отбираемых из контрольных скважин. При этом учитываются зафиксированные в рабочих журналах данные о температуре и давлении газов в скважинах в процессе термообработки грунтов. При необходимости, определяемой проектом, прочностные и деформационные характеристики закрепленных грунтов определяются полевыми методами.
6. При производстве работ по закреплению грунтов состав контролируемых показателей, предельные отклонения, объем и методы контроля должны соответствовать требованиям, приведенным в таблице.

Технические требования	Предельные отклонения	Контроль (метод и объем)
Проверка правильности проектных (расчетных) параметров и технических условий на производство работ путем контрольного закрепления	По проекту; предельные отклонения измеряемых величин не более минус 10%	Измерительный и визуальный, по указаниям проекта. При отсутствии указаний в количестве 3 % от числа инъекторов или технологических скважин и одним шурфом с отбором проб и лабораторным определением характеристик грунтов
Характеристики исходных рабочих материалов	По проекту; отклонения — не более 3 %	Измерительный, по указаниям проекта
Давление и расход рабочих материалов	То же, не более 5 %	То же
Показатели качества закрепленного грунтового массива (сплошность и однородность закрепления, форма и размеры закрепленного массива, прочностные и деформационные характеристики грунтов)	Должны соответствовать проекту	Измерительный, по указаниям проекта. При отсутствии указаний — контрольными скважинами в количестве 3 % действую-щих инъекторов или шурфами из расчета один на 3 тыс.куб.м закрепленного грунта; но не менее двух на объект
Линейные отклонения при разбивке мест размещения инъекторов или скважин в плане	По проекту, но не более 3% измеряемого расстояния между точками разбивки	Измерительный, не реже чем через каждые 10 точек разбивки
Линейные отклонения инъекторов и скважин от проектного отклонения
а) при глубине до 5 м;	1 % глубины	Измерительный, через каждые 5 м скважины
б) при большей глубине	0,5 % глубины	Измерительный, через каждые 5 м скважины
Температура жидких реагентов при нагнетании	Не ниже 5 град.С	Измерительный, ежесменно
Время гелеобразования для однорастворной двухкомпонентной силикатизации и смолизации	Не более 20 %	Измерительный, на каждой заходке
Показатели качества инъекционных растворов при цементации	По проекту	То же
Показатели качества цементации скальных грунтов	То же	Измерительный и визуальный (по указанию проекта)
Несущая способность илоцементных свай	—	Измерительный, по указанию проекта, не ранее 28 суток после устройства сваи. При отсутствии указаний — в количестве 1% от общего числа свай на объект
Технологический режим закрепления илов буросмесительным способом	По проекту и результатам опытных работ	Измерительный и визуальный
Температура и давление газов в скважине при термическом закреплении грунтов	По проекту	Измерительный, непрерывно
Прочность, деформативность и водостойкость грунта в массиве, закрепленном термическим способом	Не ниже установленных проектом	Измерительный, каждый закрепленный массив

Искусственное замораживание грунтов

1. Замораживающие колонки следует погружать сразу после окончания бурения, а вводить их в эксплуатацию в период до 5 суток.
2. В процессе замораживания водоносных пластов, заключенных между глинистыми прослойками, следует постоянно контролировать обеспечение свободного подъема подземной воды через разгрузочные скважины.
3. В период эксплуатации замораживающих систем следует регистрировать температуру холодоносителя, уровень воды в гидрологических наблюдательных скважинах и другие параметры.
4. Производство СМР в пределах ледогрунтового ограждения разрешается при постоянном контроле за его состоянием.
5. Извлечение замораживающих колонок и демонтаж холодильного оборудования следует производить после окончания всех работ, выполнение которых было намечено произвести под защитой ледогрунтового ограждения.

Скважины в процессе извлечения из них замораживающих колонок должны тампонироваться с регистрацией в журнале работ. Порядок извлечения колонок должен быть определен проектом. Искусственное оттаивание грунтов следует производить в тех случаях, когда оно предусмотрено проектом.

Наша группа в Telegram

Быстрая связь с редакцией в WhatsApp!

Источник

Методы закрепления грунтов

Закрепление грунтов — это искусственное изменение строительных свойств грунтов различными физико-химическими способами. Такое преобразование обеспечивает увеличение их прочности, устойчивости, уменьшение сжимаемости и водонепроницаемости. Существует два основных способа закрепления грунтов: поверхностное и глубинное.

Поверхностное закрепление выполняют на глубину до 1 м. При этом способе грунт предварительно разрыхляется, перемешивается с закрепляющими материалами (вяжущие, цемент, известь и др.) и затем уплотняется. Глубинное закрепление предусматривает обработку грунтов без нарушения их естественного сложения путем инъекции закрепляющих материалов, термообработки и замораживания, с использованием предварительно пробуренных скважин, шпуров или забиваемых инъекторов. Инъекцию производят с использованием вяжущих, силикатных материалов и смол.

Методы глубинного укрепления грунтов

Для повышения несущей способности грунтовых оснований применяют следующие способы искусственного закрепления грунтов:

• Химический (цементация, битумизация и смолизация)
• Термический
• Искусственное замораживание
• Электрический
• Электрохимический
• Механический

Химическое закрепление грунтов

Химическое закрепление грунтов инъекцией в строительстве в настоящее время осуществляется способами силикатизации, смолизации и цементации. Наиболее распространенная и популярная из технологий по закреплению грунтов — это цементация. Цементация — это процесс нагнетания в грунт жидкого цементного раствора или цементного молока по ранее забитым полым сваям. Цементация применяется для закрепления крупно- и среднезернистых песков, 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.

При горячей битумизации в трещины породы или в гравийно-гравелистый грунт нагнетают через скважины горячий битум, который, застывая, придает грунтам водонепроницаемость. При холодной битумизации, в отличие от горячей, нагнетают 35—45-процентную тонкодисперсную битумную эмульсию. Способ используется для очень тонких трещин в скальных грунтах, а также для уплотнения песчаных грунтов.

Смолизацию применяют для закрепления мелких песков и выполняют путем нагнетания через инъекторы в грунт смеси растворов карбамидной смолы и соляной кислоты.

Силикацией закрепляют песчаные и лессовые грунты, нагнетая в них химические растворы. Через систему перфорированных трубок-инъекторов в грунт последовательно нагнетаются растворы силиката натрия и хлористого кальция. Получающийся в результате реакции гель кремниевой кислоты придает грунту значительную прочность и водонепроницаемость.

Термическое закрепление грунтов

Термическое закрепление является результатом сжигания топлива (газообразного, жидкого, сжиженных газов) непосредственно в скважинах, пробуренных на всю глубину закрепляемого грунта. Закрепление грунта в скважине происходит под действием пламени, а в теле массива — от раскаленных газов, проникающих сквозь поры грунта. В результате вокруг скважины образуется столб обожженного грунта, диаметр которого зависит от продолжительности обжига и количества топлива. Этим способом можно закрепить грунты и устранить их просадочность на глубину до 15 м, доведя прочность в среднем до 1 МПа.

Искусственное замораживание грунтов является универсальным и надежным методом временного закрепления слабых водонасыщенных грунтов. Сущность данного метода заключается в том, что через систему замораживающих скважин, расположенных по периметру и в теле будущей выработки, пропускается хладоноситель с низкой температурой, который, отнимая от окружающего грунта тепло, превращает его в ледогрунтовый массив, обладающий полной водонепроницаемостью и высокой прочностью.

В зависимости от вида хладоносителя различаются два способа замораживания: рассольный и сжиженным газом. В первом случае рассол-хладоноситель представляет собой высококонцентрированный раствор хлористого кальция или натрия, предварительно охлажденный в испарителе холодильной машины до температуры минус 25° С. В качестве хладагента в холодильных машинах используются аммиак, фреон или жидкий азот. Во втором случае в качестве хладоносителя сжиженных газов используется главным образом жидкий азот, имеющий температуру испарения минус 196° С.

Электрический способ закрепления грунтов

Электрическим способом закрепляют 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 1-5 А/кв.м. При этом глина осушается, уплотняется и теряет способностью к пучению.

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

Механический способ укрепления грунтов

Механический способ укрепления грунтов имеет следующие разновидности: устройство грунтовых подушек и грунтовых свай, вытрамбовывание котлованов и др.

Устройство грунтовых подушек заключается в замене слабого грунта основания другим, более прочным, для чего слабый грунт удаляют, а на его место насыпают прочный грунт и послойно утрамбовывают. При устройстве грунтовых свай в слабый грунт забивают сваю-лидер. В полученную после извлечения этой сваи скважину засыпают грунт и послойно уплотняют. Вытрамбовывание котлованов осуществляется с помощью тяжелых трамбовок, подвешенных на стреле башенного крана. Этот способ менее сложен, чем способ грунтовых подушек, поскольку не требует замены грунта основания. Также уплотнение котлованов значительных размеров может осуществляться гладкими или кулачковыми катками, трамбующими машинами, виброкатками и виброплитами.

Источник