Закріплення ґрунтів

Закріплення ґрунтів(Стабілізація ґрунту) (англ. soil stabilization ) - Група методів технічної меліорації ґрунтів, спрямованих на забезпечення фіксованого положення об'єму ґрунту в умовах його природного залягання шляхом штучного перетворення фізико-хімічними методами.

Зміст

Закріплення ґрунтів широко застосовується при будівництві промислових та цивільних будівель, у гідротехнічному, підземному та дорожньому будівництві, гірничій справі. Воно використовується для: посилення ґрунтових основ будівель та споруд; зміцнення укосів виїмок доріг та стінок котлованів; попередження деформацій схилів; попередження деформацій гірничих виробок та тунелів та боротьби з водопритоками в них; створення протифільтраційних завіс у основі гідротехнічних споруд; захисту бетонних та кам'яних споруд (фундаментів) від агресивного впливу; збільшення несучої здатності паль, анкерних пристроїв, опор великого діаметра; видалення зв'язаної води із ґрунту; збільшення коефіцієнта ущільнення ґрунту; зниження пучинистості ґрунтів.

В результаті закріплення ґрунтів збільшується їхня несуча здатність та стійкість, підвищується міцність, водоміцність та водонепроникність, збільшується опір розмиву.

Закріплення ґрунтів досягається примусовим нагнітанням у ґрунт різних в'яжучих матеріалів, а також впливом на масив ґрунту різних фізичних полів: електричним струмом, нагріванням та охолодженням. До в'язких відносять будь-які порошкоподібні, рідкі та пастоподібні матеріали, що перетворюються на каменеподібне тіло при замішуванні водою або затверджувачем або після взаємодії з коагулянтом. Для закріплення ґрунтів найчастіше використовують водно-цементні суспензії (див. цементація ґрунтів) (ваговевідношення цементу до води 0,1-2,0) у чистому вигляді або з різними заощаджуючими добавками (пісок, золи винесення, мелений шлак тощо); водні глинисті суспензії (щільність 1,1-1,5 г/см 3 ); розплав бітуму (див. бітумізація ґрунтів) (з температурою 150 0 С); емульсії бітуму у воді (з концентрацією 50-65%); розчин рідкого скла (силікату натрію) із щільністю 1,05-1,32 г/см 3 (див. силікатизація ґрунтів); деякі види синтетичних смол (формальдегідні, епокситні, поліуретанові, поліакрилові та ін.). Назва способу закріплення грунтів дається на вигляд ін'єкційного розчину або природі фізичного поля, штучно додається до масиву грунту.

Для закріплення тріщинуватих скельних, кавернозних, гравійно-галечникових грунтів використовуються: цементація, глинізація та бітумізація; для піщаних та лесових ґрунтів - силікатизація та смолізація; для водонасичених глинистих ґрунтів – методи електрохімічного впливу; для лесів – термічна обробка; для плавунів - електроплавлення; для слабких ґрунтів - штучне заморожування та ін.

В'яжучі та/або склеювальні (цемент, вапно, бітум та ін.) речовини, за допомогою яких грунт набуває підвищеної структурної міцності та властивостей твердого тіла
Хімічні речовини, що змінюють властивості ґрунту, вступаючи в хімічну реакцію з його компонентами
Комбіновані (в'яжучі+хімічні)
Катіонні, катіоноактивні (поліфілізатори-каталізатори), які у водних розчинах дисоціюють з утворенням позитивно зарядженого іону (катіону), що прискорюють природний процес скам'янення всіх видів ґрунтів, якісно змінюючи їх властивості.

Цементація ґрунтів

Цементація ґрунтів- група методів технічної меліорації ґрунтів, заснована на введенні в ґрунтгідравлічних в'яжучих. Один із методів технічної меліорації ґрунтів.

Технологія введення реагентів щодо різних типів грунтів значно різниться. Для тріщинуватих скельних або піщано-гравелистих масивів грунтів застосовується ін'єкційна цементація, яка полягає в нагнітанні (під тиском від 3 до 70 атм.) через систему пробурених свердловин цементного розчину (співвідношення маси цементу і води може змінюватися від 0,1 до 2), внаслідок чого знижується водопроникність ґрунту та підвищується його міцність. За закінчення робіт приймають зниження поглинання розчину до величини менше 0,01 л/хв при граничному тиску.

Підвищення рухливості цементних та цементно-глинистих розчинів досягають добавкою сульфітно-спиртової барди (0,01-0,25% по відношенню до цементу). Прискорення схоплювання розчинів та збільшення початкової міцності цементного каменю регулюється добавками CaCl2 (1-5 % по відношенню до цементу). При ін'єкції кавернозних грунтів розчини вводять отощающие добавки: пісок, шлак, золи винесення і т.д.

Застосовується для зміцнення основ споруд, створення протифільтраційних завіс, надання водонепроникності породам при проходженні гірничих виробок (шахти, тунелі), підвищення монолітності та водонепроникності кам'яної та бетонної кладки.

Для дисперсних грунтів цементація полягає в приготуванні (перемішуванням) штучної суміші з попередньо подрібненого грунту, в'яжучого меліоранта (цемент або вапняне в'яжуче) і води, і розподіл її по проектному профілю з подальшим ущільненням, укоченням і доглядом за готовим шаром з урахуванням назначення. В якості активних добавок, що регулюють процеси твердіння та властивості штучного ґрунту, використовують відходи промисловості (золи-винесення, золошлаки,шлаки, шлами, лігнін та ін.) та хімічні реагенти (рідке скло, хлориди, сульфати та гідроксиди металів, кислоти). Зміст основного в'яжучого в залежності типу грунту становить: 2-12% (для вапна) та 4-16% (для цементу). Застосовується для осушення ґрунтів на будівельних майданчиках; посилення основ дорожніх та аеродромних покриттів; запобігання суффозії в ядрах земляних гребель; протиерозійного зміцнення пологих схилів та укосів; облицювання резервуарів та каналів; під час зведення земляних споруд; захисту від промерзання та армування несучих шарів; зниження усадки та набухання та підвищення несучої здатності ґрунтів основ.

Силікатизація ґрунтів

Сілікатизація грунтів- хімічний спосіб штучного закріплення грунтів у будівельних та інших цілях за допомогою силікатних розчинів, що нагнітаються (ін'єктуються) в грунт. Один із методів технічної меліорації ґрунтів.

Силікатизація застосовується для збільшення несучої здатності пісків, для запобігання просадок лесів і для надання водонепроникності піскам, супесям та лёсам. Нагнітання робочих розчинів проводиться через забиті в грунт металеві трубки, перфоровані дрібними отворами (ін'ектори), або безпосередньо в свердловини. Відстань між ін'єкторами приймається в залежності від радіусу закріплення (відстань, на яку поширюється розчин від точки нагнітання) і коливається від 0,5 до 1,2 м. у свердловинах - обмежуються тампонами різної конструкції. Величина однієї заходки зазвичай становить 0,6-1,0 м. В результаті виходить суцільний масив закріпленого ґрунту необхідного контуру. Силікатизація знаходить застосування для збільшення несучоїздібності ґрунту під фундаментами існуючих будівель та споруд, для усунення фільтрації на підставі гідротехнічних споруд, при проходженні виробок у слабких ґрунтах, для запобігання нерівномірним просіданням споруд при будівництві на лесових ґрунтах і т. д.

Силікатизація здійснюється трьома способами: 1) однорозчинна силікатизація; 2) дворозчинна силікатизація; 3) газова силікатизація. Закріплення великих пісків проводиться зазвичай дворозчинним способом силікатизації: послідовне нагнітання в грунт розчину рідкого скла (силікату натрію) і розчину хлористого кальцію.

Закріплення дрібних і пилуватих пісків здійснюєтьсяоднорозчинним способом: нагнітання в ґрунт розчину рідкого скла з затверджувачем (коагулянтом). Як останні в різні часи використовувалися як кислоти (HCl, H2SO4, H3PO4), так і солі (Na2CO3, NaHCO3, NaH2PO4) в чистому вигляді або в суміші з кислотами; найчастіше застосовувані нині — H2SiF6, NaAlO2 та інших.

Закріплення великих і середніх пісків можливо здійснити газовою силікатизацією: послідовне нагнітання в грунт розчину рідкого скла та газоподібного CO2.

Для закріплення лесів нагнітають розчин рідкого скла з отверджувачами або без них. Внаслідок коагуляції силікату натрію затверджувачами або при взаємодії з компонентами лесів утворюється гель крем'яної кислоти, що цементує ґрунт. Однорозчинна силікатизація з використанням різних затверджувачів використовується також для доущільнення скельних тріщинуватих ґрунтів.

Бітумізація ґрунтів

Бітумізація грунтів- спосіб закріплення грунтів, заснований на використанні бітумів. Один із методів технічної меліорації ґрунтів.

Застосовується для тампонажногозакріплення тріщинуватих скельних (гаряча бітумізація) та піщаних (холодна бітумізація) ґрунтів.

Гарячої бітумізаціїпіддають тріщинуваті та кавернозні ґрунти з будь-якими притоками агресивних та неагресивних вод при ширині розкриття тріщин > 0,2 мм (з питомими водопритоками від 0,5 до 100 л/хв). Застосовується для створення водоперегороджувальних завіс у підземному будівництві, для проведення шахтних стволів, горизонтальних гірничих виробок та інших підземних споруд. Здійснюється через мережу свердловин, в які через ін'єктори нагнітається розплавлений бітум (нафтові або сланцеві). Потрапляючи в тріщини і порожнечі, бітум витісняє воду, твердне і стає здатним витримувати тиск підземних вод. Може бути попередньою - до проведення гірничих виробок, і наступною - після проходки, для надання кріплення вироблення водонепроникності.

Холодна бітумізаціяз використанням бітумних емульсій застосовується для створення водопроникних завіс у піщаних ґрунтах з коефіцієнтом фільтрації 50-100 м/добу. Бітумна емульсія складається з крапель бітуму розміром 1-10 мкм, диспергованих у воді (концентрація 50-65%). Стабільність системи підтримується емульгаторами (ПАР - до 3,5%). Спосіб ін'єкції аналогічний. У міру надходження в ґрунт бітумна емульсія відтісняє воду, частково змішуючись із нею. Надалі під впливом коагулянтів емульсія розпадається, краплі бітуму зливаються в єдину масу, заповнюючи компактною масою пори ґрунту. Для тріщинуватих грунтів спосіб холодної бітумізації застосуємо при питомому водопоглинанні 0,1-1,0 л/хв.