Методи закріплення ґрунтів - новини будівництва та розвитку підземних споруд
Закріплення ґрунтів - це штучна зміна будівельних властивостей ґрунтів різними фізико-хімічними способами. Таке перетворення забезпечує збільшення їх міцності, стійкості, зменшення стисливості та водонепроникності. Існує два основних способи закріплення ґрунтів: поверхневе та глибинне.
Поверхневе закріплення виконують на глибину до 1 м. При цьому способі грунт попередньо розпушується, перемішується з матеріалами, що закріплюють (в'яжучі, цемент, вапно і ін.) і потім ущільнюється. Глибинне закріплення передбачає обробку грунтів без порушення їх природного складання шляхом ін'єкції закріплювальних матеріалів, термообробки та заморожування, з використанням попередньо пробурених свердловин, шпурів або ін'єкторів, що забиваються. Ін'єкцію виробляють з використанням в'яжучих, силікатних матеріалів та смол.
Методи глибинного зміцнення грунтів
Для підвищення несучої здатності ґрунтових основ застосовують такі способи штучного закріплення ґрунтів:
• Хімічний (цементація, бітумізація та смолізація) • Термічний • Штучне заморожування • Електричний • Електрохімічний • Механічний
Хімічне закріплення ґрунтів
Хімічне закріплення ґрунтів ін'єкцією у будівництві в даний час здійснюється способами силікатизації, смолізації та цементації. Найбільш поширена та популярна з технологій із закріплення ґрунтів – це цементація.Цементація - це процес нагнітання в ґрунт рідкого цементного розчину або цементного молока по раніше забитих порожнистих палях. Цементація застосовується для закріплення велико-і середньозернистих пісків, тріщинуватих скельних порід шляхом нагнітання в ґрунт.цементного розчину через ін'єктор. Залежно від розміру тріщини та пористості піску застосовують суспензію із ставленням цементу до води від 1:1 до 1:10, а також цементні розчини з добавками глини, піску та інших інертних матеріалів.
Радіус закріплення ґрунтів становить у скельних ґрунтах - 1,2-1,5 м, у великих пісках - 0,5-0,75 м, у пісках середньої крупності - 0,3-0,5 м. Цементацію виробляють низхідними зонами; нагнітання припиняють при досягненні заданого поглинання або зниження витрати розчину досягне 0,5 л/хв протягом 20 хв при заданому тиску.
При гарячій бітумізації в тріщини породи або в гравійно-гравявий грунт нагнітають через свердловини гарячий бітум, який, застигаючи, надає грунтам водонепроникність. При холодній бітумізації, на відміну від гарячої, нагнітають 35-45-відсоткову тонкодисперсну бітумну емульсію. Спосіб використовується для дуже тонких тріщин у скельних ґрунтах, а також для ущільнення піщаних ґрунтів.
Смолізацію застосовують для закріплення дрібних пісків і виконують шляхом нагнітання через ін'єктори в ґрунт суміші розчинів карбамідної смоли та соляної кислоти.
Силікацією закріплюють піщані та лесові ґрунти, нагнітаючи в них хімічні розчини. Через систему перфорованих трубок-ін'екторів у ґрунт послідовно нагнітаються розчини силікату натрію та хлористого кальцію. Гель кремнієвої кислоти, що виходить в результаті реакції, надає грунту значну міцність і водонепроникність.
Термічне закріплення ґрунтів
Термічне закріплення є результатом спалювання палива (газоподібного, рідкого, зріджених газів) безпосередньо в свердловинах, пробурених на всю глибину грунту, що закріплюється. Закріплення ґрунту в свердловині відбуваєтьсяпід впливом полум'я, а тілі масиву — від розпечених газів, проникаючих крізь пори грунту. В результаті навколо свердловини утворюється стовп обпаленого ґрунту, діаметр якого залежить від тривалості випалу та кількості палива. Цим способом можна закріпити ґрунти і усунути їх просідання на глибину до 15 м, довівши міцність в середньому до 1 МПа.
Штучне заморожування ґрунтів є універсальним і надійним методом тимчасового закріплення слабких водонасичених ґрунтів. Сутність даного методу полягає в тому, що через систему заморожуючих свердловин, розташованих по периметру і в тілі майбутнього вироблення, пропускається охолоджувач з низькою температурою, який, забираючи від навколишнього грунту тепло, перетворює його на льодогрунтовий масив, що має повну водонепроникність і високу міцність.
Залежно від виду охолоджувача розрізняються два способи заморожування: розсільний і зрідженим газом. У першому випадку розсол-холодоносій є висококонцентрованим розчином хлористого кальцію або натрію, попередньо охолоджений у випарнику холодильної машини до температури мінус 25° С. Як холодоагент в холодильних машинах використовуються аміак, фреон або рідкий азот. У другому випадку як охолоджувач зріджених газів використовується головним чином рідкий азот, що має температуру випаровування мінус 196° С.
Електричний спосіб закріплення ґрунтів
Електричним способом закріплюють вологі глинисті ґрунти. Спосіб полягає у використанні ефекту електроосмосу, для чого через ґрунт пропускають постійний електричний струм із напруженістю поля 0,5-1 В/см і щільністю 1-5 А/кв.м. При цьому глина осушується, ущільнюється і втрачає здатність до пучення.
Електрохімічний спосіб відрізняється від попереднього тим, що одночасно з електричним струмом через трубу, що є катодом, в грунт вводять розчини хімічних добавок (хлористий кальцій та ін.). Завдяки цьому інтенсивність процесу закріплення ґрунту зростає.
Механічний спосіб зміцнення ґрунтів
Механічний спосіб зміцнення ґрунтів має наступні різновиди: пристрій ґрунтових подушок і ґрунтових паль, витрамбовування котлованів та ін.
Пристрій грунтових подушок полягає в заміні слабкого грунту підстави іншим, більш міцним, для чого слабкий грунт видаляють, а на його місце насипають міцний грунт і пошарово утрамбовують. При влаштуванні грунтових паль у слабкий грунт забивають палю-лідер. В отриману після вилучення цієї палі свердловину засипають ґрунт і пошарово ущільнюють.Витрамбовування котлованів здійснюється за допомогою важких трамбування, підвішених на стрілі баштового крана. Цей спосіб менш складний, ніж спосіб ґрунтових подушок, оскільки не вимагає заміни ґрунту основи. Також ущільнення котлованів значних розмірів може здійснюватися гладкими або кулачковими катками, машинами, що трамбують, віброкатками і віброплитами.