4 надежных способа закрепления грунтов, какой метод лучше выбрать
Закреплением грунтов называют искусственное изменение их характеристик. Для этого применяют разные физико-химические способы. Благодаря этому виду преобразований удается повысить прочность почвы, сделать ее более устойчивой, уменьшить сжимаемость и водонепроницаемость. Сегодня известно много способов закрепления почвы, каждый из которых имеет определенные плюсы и минусы.
Способы закрепления грунтов
Существует большое количество методов укрепления грунтов. Они существенно отличаются друг от друга и имеют определенные плюсы и минусы.
Химическое закрепление
Этот вид укрепления почвы осуществляется разными методами – при помощи цементации, смолизации, силикатизации. Самой распространенной технологией считается цементация. Под этим термином понимают процесс нагнетания жидкого цементного раствора или молока в почву. Предварительно в грунт забивают полые сваи.
Цементация подходит для трещиноватых скальных пород. Также эта процедура подходит для песчаного грунта, который состоит из крупных и средних фракций. В зависимости от пористости песка или размеров трещин может применяться разное соотношение цемента и воды. Также в состав часто вводят дополнительные вещества – песок, глину и прочие инертные материалы.
Смолизация используется для закрепления мелких песков. Эту процедуру проводят при помощи растворов соляной кислоты и карбамидной золы. Составы нагнетают в грунт специальными инъекторами.
Силикатизацию применяют для закрепления лессовых и песчаных типов грунта. Для этого в структуру почвы нагнетают химические растворы. Обычно используют составы на основе хлористого кальция и силиката натрия. В результате удается получить гель кремниевой кислоты, который делает грунт прочным и водонепроницаемым.
Термическое
Этот вид закрепления базируется на сжигании топлива, которое осуществляется в скважинах, сделанных в грунте. При этом может применяться разное топливо – жидкое или газообразное.
Для закрепления слабых грунтов с высоким содержанием влаги допустимо применять искусственное замораживание. Этот метод считается универсальным и отличается высокой надежностью.
Суть этой процедуры кроется в том, что через систему скважин пропускают хладоноситель. Он обладает низкой температурой и отбирает у почвы тепло. Как следствие, она трансформируется в ледогрунтовый массив. Для него характерна высокая степень прочности и полная водонепроницаемость.
Замораживание может иметь разные виды – все зависит от типа хладоносителя. Так, выделяют рассольный способ и метод с использованием сжиженного газа. В первом случае применяется концентрированный раствор хлористого кальция или натрия. Его вначале охлаждают в испарителе холодильной машины до температуры -25 градусов. В качестве хладагента в специальных устройствах применяют жидкий азот, фреон или аммиак. Во втором случае преимущественно применяют жидкий азот. Температура его испарения составляет -196 градусов.
Электрический способ
Этот метод подходит для закрепления влажной глинистой почвы. Он подразумевает применение эффекта электроосмоса. Для этого через почву пропускают постоянный электрический ток. Он должен иметь напряженность поля 0,5-1 вольт на сантиметр и плотность 1-5 ампер на квадратный метр. Такое воздействие позволяет осушить и уплотнить глину. В результате она утрачивает способность вспучиваться.
Также существует электрохимический метод, который отличается тем, что с током в грунт добавляют химические компоненты – в частности, хлористый кальций. Это помогает увеличить интенсивность закрепления почвы.
Механический способ
Этот вид укрепления считается самым старым. Его суть заключается в сооружении разных блоков и конструкций, которые помогают удерживать пласты почвы на месте. Для этого могут применяться шпунтовые ограждения или консольное крепление.
Первый вариант считается довольно дорогим. Его преимущественно применяют для разработки выемки или углубления в земляных слоях, которые насыщены водой и располагаются вблизи от созданных объектов. Шпунты требуется вводить в почвенный пласт до начала разработки выемки. При нарушении этого условия добиться стабильности грунта не получится.
Консольное крепление имеет иное устройство. Его изготавливают из особых стоек или свай. Опорные конструкции опускают ниже, чем располагается планируемая выемка. Сваи держат доски или щиты. Они принимают давление почвы.
Такой метод стоит применять, если выемку делают не больше 5 метров. В случае большей глубины нужно использовать консольно-распорное крепление. При этом распорки устанавливают в верхних фрагментах стоек.
Какой метод лучше выбрать
Способ закрепления грунта подбирают с учетом типа почвы:
- Силикатизацией укрепляют лессовидные и отдельные виды покровных суглинков, просадочные лессы.
- Смолизация подходит для песчаных типов грунта.
- Цементация подходит для укрепления больших пустот. Также этот метод укрепления оснований применяют для трещиноватых скальных, гравелистых песчаных и крупнообломочных типов почв.
- Буросмесительное закрепление стоит применять для илов и глин в суглинистой почве текучей консистенции.
- Термическое закрепление подходит для лессовидных суглинков, присадочных лессов, непросадочных суглинков и глин.
Закрепление грунта можно осуществлять разными методами. Каждый из них отличается определенными преимуществами и недостатками.
Источник
Виды и способы закрепления грунтов
Рубрика: Технические науки
Дата публикации: 07.05.2017 2017-05-07
Статья просмотрена: 3697 раз
Библиографическое описание:
Смагулова, Л. К. Виды и способы закрепления грунтов / Л. К. Смагулова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2017. — № 18 (152). — С. 80-83. — URL: https://moluch.ru/archive/152/43141/ (дата обращения: 19.11.2021).
В данной статье приводится краткий обзор современных методов и видов закрепления грунтов.
Известно, что грунты — это искусственные изменения строительных свойств природных грунтов, применяемых в строительном комплексе и обладающие различными физическими свойствами и способами их залегания. Так, для искусственного изменения грунтов необходимо увеличение их устойчивости, прочности, улучшения проницаемости, сжимаемости, и уменьшения природной чувствительности грунтов к изменению внешней среды, особенно влажности.
Усиляемые грунты должны обладать достаточной природной проницаемостью. Мы знаем, что суглинистые и глинистые грунты в связи с низкой проницаемостью очень плохо поддается химическому закреплению, соответственно, хорошо фильтрующие грунты поддаются закреплению, внедряя в их поры вяжущие вещества. Метод закрепления выбирается в зависимости от грунтовых условий района строительства и производственных возможностей их выполнения.
Существующие разработанные химические способы закрепления очень эффективны для улучшения свойств грунтов под фундаменты существующих построек. Это обусловлено тем, что изменение грунта под фундаментом в камневидное состояние проходит без нарушения эксплуатации здания и сооружения.
Закрепление грунтов является актуальной проблемой современного этапа проведения строительных работ на площадке. В крупных и быстро растущих городах последние несколько лет наблюдается тенденция к замачиванию грунтов техногенными водами, что приводит к ослаблению фундаментов.
Химическое закрепление долговечно и имеет ряд преимуществ по сравнению с другими способами. Основными преимуществами являются простота производства работ; портативность применяемого оборудования; короткие сроки выполнения работ; возможность закрепления грунта на любой глубине без проведения каких-либо специальных выработок и земляных работ; вероятность проведения подземных работ без прекращения эксплуатации здания или сооружения.
Как один из видов производства строительных работ закрепление грунтов в самом общем виде представляет собой целенаправленное искусственное преобразование строительных свойств грунтов посредством их химической или физико-химической, механической и термической обработки, с применением соответствующих технологий [1].
В зависимости от способа обработки грунтов, в результате которого улучшаются их свойства, закрепление грунтов подразделяется на следующие виды:
– химическое — когда его основу составляют химические и физико-химические процессы, возникающие в грунтах в результате введения в них определенных химреагентов;
– электрохимическое закрепление, основанное на вторичных химических и физико-химических явлениях электролиза, возникающих в грунтах под действием внешнего поля постоянного электрического тока;
– термическое закрепление, когда улучшение свойств грунтов достигается в результате их обжига в скважинах раскаленными газами или электропрогревом;
– термоконсолидация глинистых водонасыщенных грунтов, когда улучшение строительных свойств достигается самоуплотнением грунтов, обусловленным их нагревом в пределах 50–80 °С.
Так, химическое закрепление в зависимости от способа введения в грунты химических реагентов имеет два направления:
– инъекционное химическое закрепление, когда реагенты в виде растворов или газов вводятся в грунты без нарушения их естественного сложения нагнетанием под давлением;
– буросмесительное закрепление грунтов, осуществляемое с нарушением их естественного сложения, механическим перемешиванием с цементами или другими химическими реагентами и добавками при бурении скважин большого диаметра.
К первому направлению относятся способы силикатизации, смолизации, цементации; второе представлено способом буросмесительного закрепления илов и других сопутствующих им грунтов.
Каждый из способов закрепления имеет свою область применения, строго ограниченную номенклатурой грунтов и определенными характеристиками, а именно: водопроницаемостью и химическими свойствами для всех грунтов, степенью влажности и емкостью поглощения для глинистых грунтов и др.
Основные способы закрепления грунтов и примерные границы их практического применения по номенклатуре, влажности и водопроницаемости приведены в таблице 1.
Силикатизация и смолизация грунтов, в свою очередь, дифференцируются на ряд конкретных способов, которые различаются между собой химической технологией (рецептурой) и целенаправленно применяются для закрепления определенных разновидностей песчаных и просадочных грунтов сообразно их природным свойствам.
Закреплением указанными выше способами достигается значительное повышение несущей способности, прочности и устойчивости всех видов грунтов, с одновременным обеспечением их водостойкости, что открывает большие возможности для практического применения этих способов при строительстве в слабых грунтах.
Для всех без исключения фильтрующих грунтов закрепление позволяет уменьшать или практически полностью устранять их водопроницаемость, что расширяет область его практического применения в качестве противофильтрационных мероприятий, а также мероприятий против неустойчивости этих грунтов в водонасыщенном состоянии, при подземных строительных работах [2].
Номенклатура влажности иводонепроницаемости
Природная степень влажности
Коэффициент фильтрации, м/сут
Просадочные лессы, лессовидные и некоторые виды покровных суглинков
Независимо от влажности
Пустоты большого размера.
крупнообломочные и гравелистые песчаные
Для скальных 0,01 Для нескальных 50
Илы. а также сопутствующие им глины в суглинки мягкопластичной, текучепластичной, текучей консистенции, рыхлые и средней плотности пески
Независимо от водопроницаемости
Просадочные лессы и лессовидные суглинки, непросадочные суглинки и глины
Независимо от водопроницаемости
Разработанные лабораторией и применяемые в строительстве химические способы закрепления гравий-илистых, песчаных, суглинистых и глинистых грунтов основаны на инъекции, т. е. нагнетании химических растворов в грунт. Очевидно, что процесс нагнетание может быть осуществлен только при условии, когда закрепляющие растворы будут проникать в грунт без нарушения его структуры. Отсюда следует, что технология определяет границы применимости того или иного способа. В первую очередь это связано с вязкостью нагнетаемых растворов, единичным расходом и давлением при нагнетании. Одновременно с этим границы применения способов должны учитывать также радиус закрепления, прочность создаваемого массива грунта или степень снижения его водонепроницаемости. Нижняя граница применения способа указывает на обеспечение необходимого радиуса закрепления, а значит и монолитного закрепления или уплотнения грунта [3].
Границы применения всех способов даны по коэффициенту фильтрации (рис.1).
Одновременно с этим некоторые из способов сообщают закрепленному грунту различные свойства; по ним способы можно разделить на следующие классы:
1) Резко изменяют строительные свойства закрепленного грунта и значительно повышают его механическую прочность и водонепроницаемость;
2) Сообщают закрепляемому грунту только водонепроницаемость;
3) Увеличивают водоустойчивость и плотность грунта.
Рис. 1. Классификация химических способов закрепления грунтов проф. Б. А. Ржаницына: 1 — закрепление с прочностью от 10 до 50 МПа; 2 — уплотнение с прочностью от 2 до 5 МПа; 3 — стабилизация; 4 — кислый гель; 5 — щелочный гель.
Из данных приведенных на рисунке видно, что цементацию следует применять для прочного закрепления гравелистых и песчаных грунтов с коэффициентом фильтрации от 80 до 500 м/сут. Нижний предел характеризуется крупными песками, в поры которых могут проникать частицы цемента современного помола. Для придания водонепроницаемости песчаным грунтам, в которых применение цемента физически невозможно, его заменяют силикатными глиносиликатными растворами, которые могут придавать водонепроницаемость песчаным грунтам с коэффициентом фильтрации от 20 до 100м/сут.
Прочное закрепление песчаного грунта осуществляется путем применения двухрастворного способа силикатизации. Этот способ целесообразно применять в грунтах с коэффициентом фильтрации от 2 до 80м/сут.
Ряд однорастворных способов силикатизации может применяться в песчаных грунтах с коэффициентом фильтрации от 0,5 до 5м/сут. Эти способы сообщают грунтам, главным образом, водонепроницаемость. Однорастворный способ силикатизации с применением кремнефтористоводородной кислоты сообщает песчаным грунтам значительную прочность и водонепроницаемость и может быть применен в грунтах с коэффициентом фильтрации от 0,5 до 20м/сут.
Одонорастворный способ силикатизации, при котором используется химически активные вещества самого грунта, разработан для закрепления просадочных лессовых грунтов. Способ применим в просадочных грунтах с коэффициентом фильтрации от 0,2 до 2,0м/сут, причем влажность его не должна превышать 17 %, т. е. толща лесса должна находиться выше уровня грунтовых вод. При большой влажности, порядка 20–22 %, применяется газовая силикатизация, когда сначала в грунт нагнетается углекислый газ, затем силикат и затем опять углекислый газ. Проведение этих работ может осуществляться только весьма опытными специалистами. В результате применения газовой силикатизация грунту сообщается прочность и водоустойчивость.
Прочное закрепление песчаных грунтов с приданием массиву водонепроницаемости выполняется способом смолизации, если грунт имеет коэффициент фильтрации от 0,5 до 20м/сут.
Что касается способа электрохимического закрепления, то его применение позволяет придать глинистым грунтам водоустойчивость, т. е. ликвидировать размокание и набухание грунта в воде. Область применения этого способа ограничивается следующими значениями коэффициента фильтрации: при двухрастворной электросиликатизации от 0,05 до 0,2 м/сут, при однорастворной — от 0,005 до 0,2 м/сут.
Таким образом, существует несколько способов закрепления грунтов: цементация, силикатизация, смолизация, термический способ, электрохимический, битумизация, глинизация, импульсный метод.
- Пособие по химическому закреплению грунтов инъекцией в промышленном и гражданском строительстве (к СНиП 3.02.01–83). — М.: Стройиздат, 1986.
- Ананьев В. П., Воляник Н. В. Инженерное грунтоведение и техническая мелиорация грунтов: Учебное пособие. Ростов-на-Дону: РГАС, 1994. — 87с
- Ржаницын Б. А. Химическое закрепление грунтов в строительстве.-М.: Стройиздат, 1986–264с.
Источник
