Методика искусственного улучшения грунтов оснований

Существует схема, характеризующая весь технологический процесс работ по химическому закреплению грунтов однорастворным и двухрастворным способами силикатизации, а также способом смолизации, которая приведена на рис. 1.

Технологический процесс и оборудование несколько изменяется в зависимости от применяемого способа. При двухрастворной силикатизации по приведенной схеме организации работ путь, который проходит силикат натрия, начинается с доставляемой “навалом” с заводов силикат-глыбы, развариваемой на месте в автоклавах.

После автоклавов раствор силиката натрия нагревают для снижения вязкости до 60°С или до предусмотренной проектом температуры. Из запасных чанов, пройдя насосы и затем пульт, где регулируются расход и давление нагнетаемого раствора, силикат натрия закачивается через систему инъекторов в грунт.

Рис. 1. Схема механизации работ при закреплении грунтов.

1 – забивка инъектора электрокором; 2 – то же, пневмомолотом; 3 – пультовые  распределители реактива; 4 – насосная; 5 – силикаторазварочный узел; 6 –  котельная; 7 – компрессорная; 8 – емкости для растворов CaCl2.

Путь раствора хлористого кальция аналогичен пути раствора силиката натрия.

Из схемы ясно, что каждый из растворов имеет свое насосное оборудование и свою регулирующую сеть, но один и тот же инъектор. В этом случае перед нагнетанием хлористого кальция необходимо прокачать через инъектор небольшую порцию воды, что в значительной степени предохранит инъектор от образования в нем кремнегеля.

Наряду с оборудованием для забивки инъекторов, станками для бурения скважин, насосным оборудованием и разводящей сетью, снабженной манометрами, расходомерами и пр., площадка, где производится закрепление грунтов, должна быть снабжена электроэнергией, водой и' сжатым воздухом.

Наконец, производство работ по химическому закреплению грунтов должно быть обеспечено постоянным контролем за качеством применяемых растворов и закрепленного грунта.

2.8. Инъекторы.

Конструкция инъектора и механизма для его погружения в грунт зависит от характера и мощности подлежащего закреплению грунта (рис. 2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Схемы забивки и задавливания инъекторов.

При закреплении грунта на глубину до 20 м применяют инъектор, состоящий из наголовника, колонн глухих звеньев труб, перфорированного звена, наконечника и соединительных частей-ниппелей. Забивку инъектора на глубину до 20 м в песчаные и лессовые грунты можно осуществлять отбойными молотками (рис. 2, а).

Закрепление грунтов на глубину до 30 м требует применения более прочного инъектора, сделанного из цельнотянутых труб диаметром 58—62 мм. Перфорированная часть такого инъектора имеет длину 1,5—2,0 м, а отверстия во избежание их засорения закрыты резиновыми кольцами. Погружение таких инъекторов осуществляется более мощным оборудованием (рис. 2, б).

Забивку инъекторов выполняют как с поверхности земли, так и из подземных выработок. Для забивки инъекторов применяют преимущественно механизмы, оборудованные пневмоударниками или пневматическими молотками типа перфораторов. Например, используют бурильный станок с пкевмоударником   СБУ-100 или НКР-ЮОМ, смонтированный на ходовой тележке СБУ-2 или КБУ-50, а также различные опытные установки типа портативных передвижных копровых установок.

Для извлечения инъекторов кроме указанных выше установок можно использовать гидравлические спаренные домкраты грузоподъемностью до 10т.

При силикатизации просадочных лессовых грунтов с влажностью 16—20 % инъекцию силикатного раствора плотностью 1,13—1,20 г/см3 можно осуществлять с помощью забивки инъекторов (рис. 2, в) или через стенки пробуренных скважин (рис. 2, г). Для этого бурильным станком ЦГБ-50 проходят скважину глубиной, равной длине первой заходки. Длина заходки в существующей практике составляет 2—3 м. Затем в верхней зоне заходки устанавливают надувной тампон, через который по шлангу от насоса раствор нагнетают в грунт. Затем тампон вынимают из скважины и производят ее бурение на длину следующей заходки. Так повторяют на всю глубину закрепления просадочного лесса.

При химическом закреплении песчаных грунтов на глубине 50—150 м, как это было при создании противофильтрационной завесы в основании Высотной Асуанской плотины, нагнетание химических растворов осуществляют через манжетные инъекторы, опускаемые в пробуренную под защитой глинистого раствора скважину диаметром 120—150 мм. Скважину пробуривают на всю глубину закрепляемой зоны, затем в скважину, заполненную глинистым раствором (благодаря чему стенки ее не требуют крепления), погружают инъектор с резиновыми манжетами, закрывающими его отверстия. После этого через нижнюю манжету с применением тампона нагнетают цементно-глинистый раствор, который заполняет зазор между инъектором и стенкой скважины. Этот вариант позволяет в дальнейшем нагнетать закрепляющий раствор в любой зоне инъектора (рис. 2, д). Манжетный инъектор может быть использован для закрепления грунта под существующими зданиями путем задавливания его из специально подготовленной траншеи (рис. 2, е).

Таким образом, применение инъекторов различной конструкции позволяет нагнетать химические растворы на требуемую глубину.

К работам по забивке инъекторов предъявляют следующие требования:

1) инъектор должен быть забит  строго по указанному в проекте  направлению и с точностью  угла наклона 2—3°;

2) забивка должна быть произведена  на заданную глубину в возможно  короткий срок;

3) при забивке оборудование нс должно подвергаться сильному износу.

Перечисленные требования предъявляют, в свою очередь, серьезные требования к механизмам и оборудованию, применяемому на этих работах.

Производить забивку инъекторов в вертикальном и наклонном направлениях, а также извлекать их из грунта можно с помощью портативной копровой установки с перфоратором КЦМ-4. Она состоит из сварной рамы, трубчатых направляющих, по которым перемещается перфоратор, и ручной лебедки.

3. Метод вертикального  дренирования.

Одним из распространенных методов, позволяющих ускорить уплотнение слабого грунта от воздействия массы насыпи и сократить сроки строительства дорог, является вертикальное дренирование. В слабом водонасыщенном грунте устраивают близко расположенные вертикальные дрены, через которые под действием нагрузки от возводимой насыпи отводится поровая вода, что способствует ускорению уплотнения и упрочнения слабого основания.

Обычно вертикальные дрены имеют вид скважин, заполненных песчаным грунтом с высокой водопроницаемостью. По конструктивному решению и технологии строительства они сходны с песчаными сваями, однако в отличие от дрен сваи представляют собой не дренирующую, а несущую конструкцию.

Вертикальные дрены сокращают путь фильтрации воды, поэтому, регулируя расстояние между дренами, можно теоретически добиться любой скорости уплотнения слабого основания. По мере уплотнения снижается влажность слабого грунта и повышается его прочность, поэтому вертикальные дрены устраивают не только для ускорения осадки насыпи, но и в тех случаях, когда необходимо снять избыточное поровое давление в напряженном грунтовом основании.

Расстояние между дренами рассчитывают методом подбора, исходя из заданного срока достижения требуемой степени консолидации основания U назначаемой в зависимости от типа покрытия и величины осадки. Обычно шаг дрен принимают равным 2-4 м. В плане дрены можно располагать в шахматном порядке, в вершинах сетки квадратов или равносторонних треугольников.

Вертикальные дрена целесообразно устраивать в грунтах с коэффициентом фильтрации от 1 до 1·10-4 м/сут при мощности слоя слабого грунта более 4 м. При водопроницаемости грунта свыше 1 м/сут фильтрационное уплотнение обычно происходит достаточно быстро без дополнительных мероприятий, В грунтах с водопроницаемостью менее 1·10-4 м/сут расчетный шаг дрен оказывается, как правило, настолько малым, что их устройство становится нецелесообразным.

4.  Подготовка проектирования усиления грунтов.

 Началу проектирования усиления должны предшествовать инженерно-геологические изыскания на участке размещения объекта. Данные этих изысканий должны содержать достаточно полное описание конструкций фундаментов, грунтов основания на требуемую глубину и их физико-механические характеристики, а также сведения о наличии и степени агрессивности грунтовых вод. 

Инженерно-геологические изыскания должны осуществляться в соответствии с техническим заданием организации, выполняющей проектирование усиления.  

В результате проведения инженерно-геологических изысканий должны быть получены следующие данные о: 

- местоположении и рельефе территории  объекта усиления, климатических  и сейсмических условиях, ранее  выполнявшихся исследованиях и  проводившихся усилениях существующих  фундаментов, грунтов основания; 

- геологическом строении, литологическом составе толщи грунтов, их состоянии и физико-механических свойствах, наблюдаемых неблагоприятных физико-геологических и инженерно-геологических явлениях (карст, оползни, просадки и набухание грунтов, горные подработки и т.п.); 

- гидрогеологических условиях с указанием абсолютных отметок уровней грунтовых вод, в том числе на период промерзания, сезонных и многолетних амплитудах их колебаний и величинах расходов;  

- опыте местного строительства;  

-прогнозе изменения инженерно-геологических  условий на участке размещения объекта.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература.

1. Егоров, А.И. Методические рекомендации по проектированию и производству работ при усилении оснований и фундаментов.

2. Ржаницын, Б.А. Химическое закрепление грунтов в строительстве. – М.: Стройиздат, 1986.-264 с.: ил.

3. Соколович, В.Е. Химическое закрепление грунтов. – М.: Стройиздат, 1980.-119 с., ил.

4. Улицкий, В.М., Богов, С.Г. Комплексное использование струйной технологии для целей реконструкции на слабых грунтах. Реконструкция Санкт-Петербурга - 2005.

5. http://www.ac-holding.ru

6. http://www.oltagrup.ru , Строительная компания "ОЛТА Групп".