Способы повышения несущей способности оснований

Среди существующих методов наиболее распространенным является инъекционное закрепление грунтов, основанное на искусственном целенаправленном преобразовании строительных свойств грунтов нагнетанием в них под давлением скрепляющих растворов по специальным трубопроводам в дренирующие грунты оснований.

Технология работ при инъекционном закреплении грунтов состоит из трех операций:

- бурение инъекционных скважин;

- оборудование скважин перфорированными металлическими трубами;

- нагнетание скрепляющих растворов.

В качестве скрепляющих растворов применяют:

- цементную суспензию или раствор - цементация;

- жидкое стекло с отвердителем - силикатизация;

- электросиликатизация с использованием постоянного тока;

- водорастворимые смолы - смолязация;

- горячий битум или холодные битумные эмульсии - битумизация;

- термическая обработка грунта..

Нагнетание растворов осуществляется через забивные в грунт специальные инъекторы, представляющие собой перфорированные металлические трубы диаметром 25-75 мм с перфорированной нижней частью 0,8- 1 м (рис.1).

Рис.1. Схема установки для инъекционного закрепления грунтов

а) - установка; б) - инъектор; 1- распределительный напорный коллектор; 2- насос;

3- емкость для раствора; 4- инъектор; 5- массив закрепленного грунта; 6- слабый грунт;

7- прочный подстилающий грунт; 8- наголовник; 9- глухие звенья; 10- перфорированное звено; 11- наконечник

На небольшую глубину инъекторы погружают в грунт пневматическими молотками, копрами или вибропогружателями, а на глубину 15 м и более инъекторы опускают в предварительно пробуренные скважины. До опускания инъекторов в скважины их промывают водой или продувают сжатым воздухом.

Инъекционное закрепление повышает механическую прочность, устойчивость, уменьшает сжимаемость и водопроницаемость дисперсных грунтов.

В зависимости от технологии закрепления и процессов, происходящих в грунте, методы закрепления делятся на три вида: химические, физико-химические и термические.

Химические способы делятся на две группы:

- использование силикатных растворов и их производных (силикатизация);

- применение водорастворимых смол (акриловые, карбомидные, резорцино-формальдегидные, фурановые и др.) - (смолязация).

Силикатизация применяется для повышения несущей способности, устойчивости и водонепроницаемости сухих или водонасыщенных песков, плывунов и лессовидных грунтов. Основным компонентом при силикатизации служит коллоидный раствор силиката натрия (жидкое стекло).

Используется двухрастворный и однорастворный способ силикатизации. При двухрастворном способе в сухие и водонасыщенные крупные и средние песчаные грунты последовательно нагнетают под давлением 15ат раствор жидкого стела (силикат натрия) и хлористого кальция, которые вступают в химическую реакцию с образованием геля кремниевой кислоты, гидрата окиси кальция и хлористого натрия. Двухрастворный способ обеспечивает высокую прочность грунта от 1,5 до 3,5 МПа и практическую его водонепроницаемость.

Для лессовых просадочных грунтов целесообразно использовать однорастворный способ силикатизации путем нагнетания раствора одного жидкого стекла под давлением до 5 ат, который взаимодействует с содержащими в этих грунтах солями кальция с образованием геля кремниевой кислоты, гидрата окиси кальция и сернокислого натрия. Роль второго компонента выполняет сам грунт. Закрепленный грунт при односторонней силикатизации имеет кубиковую прочность от 0,35. Закрепленный грунт при односторонней силикатизации имеет кубиковую прочность от 0,35 до 1,5 МПа, которая не снижается при воздействии на грунт агрессивных вод.

При электросиликатизации используется комбинированное применение постоянного электрического тока и силикатных растворов.

Песчаные грунты с коэффициентом фильтрации 0,5-5 м/сут и слабые лессовые грунты рекомендуется закреплять смолязацией путем инъектирования водных растворов карбомидных, фенольных, фурановых, акриловых и других видов синтетических смол с различными отвердителями. Самой приемлемой для закрепления грунтов является мочевиноформальдегидная (карбомидная) смола в смеси раствором одной из кислот (щавелевой или соляной). Применение карбомидной смолы экономично, так как она легко растворяется в воде, имеет малую вязкость, твердеет при невысокой температуре и выпускается в большом количестве отечественной промышленностью. Инъекторы при смолязации должны располагаться в шахматном порядке, соблюдая расстояния в зависимости от вида укрепляемого грунта и его коэффициента фильтрации. Смолязация обеспечивает прочное закрепление грунтов, придает им водонепроницаемость. Кроме того, этот способ дает возможность закреплять карбонатные грунты. Примером применения карбомидной смолы является укрепление пылеватых песков в основании Государственного академического театра оперы и балета им.С.М.Кирова в Санкт-Петербурге в период его реконструкции.