К физико-химическим методам закрепления грунтов относятся: цементация, грунтоцементация, битумизация и глинизация.

Цементации применяетсядля укрепления крупно- и среднезернистых песков, трещиноватых кальных и крупнообломочных пород с увеличением R_сж до 3,5 МПа. Применение метода цементации является безопасным с точки зрения воздействия на окружающую среду, так как затвердевший портландцемент состоит в основном из гидросиликатов кальция, практически нерастворимых в воде. В последние годы разработаны методы автоматизированного устройства скважин с помощью управляемых пневмопробойников, которые дают возможность разрабатывать криволинейные скважины и осуществлять цементацию влажных грунтов под зданиями без применения обсадных труб и опускных колодцев.

Битумизация (горячим битумом и холодных битумных эмульсий) используется для закрепления трещиноватых скальных пород и песчаных грунтов, а также для прекращения фильтрации воды через эти грунты. Он состоит в нагнетании под давлением 50-80 ат через пробуренные скважины расплавленного битума марок БН-111 и БН-V или холодных битумных эмульсий через инъекторы, состоящие из двух труб: внутренней, имеющей отверстия для выхода битума и опускающей в грунт ниже наружной, выполняющей защитную роль.

Для трещиноватых скальных и полускальных пород используется способ горячей битумизации, а для песчаных грунтов – способ холодной битумизации с использованием холодных битумных эмульсий, обладающих большей проницаемостью, чем разогретый битум. Отрицательным свойством горячей битумизации является то, что при наличии значительного напора грунтовых вод может происходить выдавливание битума из трещин и каверн и кроме того, он из-за значительной вязкости не может полностью заполнить трещины и каверны с раскрытием менее 1 мм, а значит и придать грунту полную водонепроницаемость. Указанные недостатки привели к тому, что горячая битумизация в настоящее время стала меньше применяться при реконструкции. С целью придания грунтам условий водонепроницаемости разработан способ холодной битумизации путем нагнетания в них холодных битумных эмульсий, частицы которых могут проникать в поры грунта.

Глинизация применяется для снижения водопроницаемости песчаных грунтов, при нагнетании в которые глинистой суспензии происходит выпадение в них глинистых частиц и заиливание песков. В результате коэффициент фильтрации песчаного грунта уменьшается на несколько порядков.

В последние годы на базе глинистых растворов с добавлением цемента изготавливают глиноцементные растворы, которые приобретают положительные свойства как цементных, так и глинистых растворов и в связи с этим глиноцементные растворы получают более широкое применение в практике. Глинизация так же, как и цементация, может применяться только при небольших скоростях движения грунтовых вод во избежание уноса раствора из тампонирующей зоны.

Термическое закрепление грунтов заключается в обжиге лессовидных и пористых суглинистых грунтов раскаленными газами через пробуренные в грунте скважины диаметром 100-200 мм. Температура обжига составляет 600-1100 ⁰С, что способствует расплавлению и спеканию обжигаемого грунта. Скважины пробуривают в шахматном порядке на расстоянии друг от друга 2-3 м и на глубину до 15 м. Сверху скважины закрывают бетонными оголовками, в которых размещаются форсунки для сжигания топлива и сжатого воздуха. В качестве сжигаемого компонента может применяться жидкое (нефть, мазут, соляровое масло и др.) или газообразное (природный или генераторный газ) топливо. Сжатый воздух подается с избыточным давлением, превышающим на 0,15-0,5 давление в трубопроводе с топливом, что позволяет отрывать пламя от форсунки и распространять его на всю глубину скважины. Процесс обжига может достигать 5-10 суток, в результате чего образуется керамическая свая диаметром 2-3 м. Прочность обожженного грунта достигает в среднем 1,0-1,2 МПа, но может достигать до 10 МПа.

Электрическим способом рекомендуется закреплять влажные глинистые грунты . Он основан на использовании эффекта электроосмоса. Суть его заключается в том, что в грунт параллельными рядами через 0,6-1,0 м забивают металлические стержни по которым пропускают постоянный электрический ток с напряженностью поля 0,5-1,0 В/см и плотностью 1-5 А/м² , в результате чего глина осушается, сильно уплотняется и теряет способность к пучению.

Электрохимический способ отличается от предыдущего тем, что при погружении в грунт чередуют через ряд металлические стержни (аноды) и металлические трубы, являющиеся катодами и служащие инъекторами. В трубы одновременно с электрическим током вводят под давлением растворы химических добавок (силикат натрия, хлористый кальций, хлористое железо и др.), которые увеличивают проводимость тока, благодаря чему интенсивность процесса закрепления грунтов возрастает. Этот способ применяют для закрепления глинистых и илистых грунтов с небольшим коэффициентом фильтрации от 0,2 до 2,0 м/сут. В процессе закрепления в грунтах происходят необратимые изменения, они перестают быть пучинистыми, увеличиваются их прочностные характеристики.

В мировой и отечественной практике в последние годы широко применяются новые технологии, основанные на высокой степени механизации работ. При этом до минимума сводятся ручные операции.

Все в больших объемах применяются буроинъекционные сваи, как вертикальные, так и наклонные, которые после опрессовки имеют неровную поверхность и поэтому получившие название «корневидных»(рис.2).

Рис. 2. Схема усиления фундаментов с помощью буроинъекционных

«корневидных» свай

Эти работы могут выполняться как по внешнему периметру здания, так и внутри здания, в подвале здания при высоте подвальной части не менее 2,4 м или с первых этажей зданий (рис.3).

Рис.3. Схемы закрепления грунта буроинъекционным методом

Затраты ручного труда минимальные. Способ экономичен и экологически чист по сравнению с химическими способами укрепления грунтов. Этим способом наиболее целесообразно укреплять грунты, имеющие низкую несущую способность.

Буроинъекционный комплекс в процессе изготовления сваи

1- емкость для цементного раствора; 2 – глиномешалка; 3 – мерный бак; 4 – растворный насос;

5 - промывочный насос; 6 – нагнетательный трубопровод; 7 – емкость для глиняного раствора;

8 – шламоотделитель; 9 – буровой станок; 10 – кондутор; 11 – буровой инструмент;

12 – бурильная труба