Электрохимическое и термическое закрепления грунтов. с 248-252

Применение силикатизации грунтов. с 244

Применяют для химического закрепления песков с коэффициентом фильтрации от 0,5 до 80 м/сут., макропористых просадочных грунтов с коэффициентом фильтрации от 0,2 до 2 м/сут. и отдельных видов насыпных грунтов. Сущность метода заключается в том, что в грунты нагнетается силикат натрия в виде раствора (жидкое стекло), которым заполняется поровое пространство, и при наличии отвердителя образуется гель, твердеющий с течением времени.

Электрохимическое закрепление грунтов

Метод применяют для закрепления водонасыщенных пылевато-глинистых грунтов в сочетании с электроспособом. В этом методе через аноды в грунт подают водные растворы солей многовалентных металлов, которые, соединяясь с глинистым грунтом, коагулируют глинистые частицы. Создаются глинистые агрегаты, сцементированные между собой гелями солей железа и алюминия. При этом прочность грунтов существенно возрастает, резко снижается их способность к набуханию.

Напряжение тока при электрохимическом закреплении составляет 80-100 В, плотность тока 5-7 А/м2, расход энергии 60-100 кВтч на 1 м3 закрепляемого грунта.

Термическое закрепление грунтов

Применяют для упрочнения маловлажных пылевато-глинистых грунтов, обладающих газопроницаемостью. Наиболее часто этот метод используется для устранения просадочных свойств макропористых лессовых грунтов. Глубина закрепляемой толщи достигает 20 м.

Сущность метода термической обработки заключается в том, что через грунт в течение нескольких суток пропускают раскаленный воздух или раскаленные газы. Под действием высокой температуры отдельные минералы, входящие в состав скелета, оплавляются. В результате этого образуются прочные водостойкие структурные связи между частицами и агрегатами грунта. Кроме того, при обжиге грунты теряют значительную часть химически связанной воды, что изменяет свойства грунтов и уменьшает или полностью ликвидирует просадочность, размокаемость, способность к набуханию.

Температура газов, которыми производится обработка грунта, не должна превышать 750-850 °С. Если температура газов окажется выше, стенки скважин оплавляются и становятся газонепроницаемыми. При температурах ниже 300 °С ликвидация просадочности лессов не происходит.

Существуют различные способы, оборудование и технологические схемы термического закрепления.

Одна из технологий заключается в следующем. Пробуривают скважины диаметром 100...200 мм, которые закрывают специальными керамическими затворами. В затворе оборудуется камера сгорания, к которой подают топливо (горючие газы, соляровое масло, нефть и т. п. ) и воздух под давлением. Для обеспечения заданной температуры обжига необходимо, чтобы количество воздуха, нагнетаемого в скважину, было не меньше установленной величины.

Для поддержания температуры 750-850 "С расход воздуха на 1 кг горючего составляет 34—39 м куб. При указанном количестве воздуха и средней газопроницаемости грунта порядка 25 м3/ч количество сгораемого горючего на 1 м длины скважины не должно превышать 0,85 кг/ч. Термическая обработка производится непрерывно в течение 5-12 суток. После обработки скважины аппаратуру затворов снимают и переставляют на скважины следующего участка.

В результате термической обработки получается упрочненный конусообразный массив грунта диаметром поверху 1,5-2,5 м, а понизу на глубине 8-10 м около 0,2-0,4 (рис. 86, а). Образуется как бы коническая свая из обожженного непросадочного грунта с прочностью до 10 МПа. Каждая такая свая вследствие понижения температуры по мере удаления от скважины окружена оболочкой про-садочного грунта в пределах зоны температур ниже 300 °С.

Применяется также другая технология, которая позволяет сжигать топливо в любой по глубине части скважин, в том числе и в нижней части. В результате этого можно создавать обожженные грунтовые массивы (термосваи) постоянного сечения, с уширением внизу или вверху. Сроки обжига в этом случае несколько сокращаются, упрощается технология работ.

Способ состоит в том, что по длине скважины передвигается камера сгорания, позволяющая обжигать грунт на любом участке скважины. Участок обжига отделяется от остальной части скважины жароупорными диафрагмами-отсекателями. Так, при применении жидкого или газообразного топлива форсунка для его сжигания устанавливается в верхней части передвижной камеры сгорания непосредственно под нижней регулируемой раздвижной диафрагмой.

Грунты обжигают в виде отдельных грунтостолбов под фундаменты колонн промышленных цехов или гражданских зданий, а в некоторых случаях производят обжиг грунтового массива в основании всего здания. В этом случае грунтостолбы размещают таким образом, чтобы обожженные упрочненные зоны соприкасались между собой.

Контроль процесса термического закрепления сводится к определению количества тепла, которое прошло через скважину в окружающий грунт. После окончания работ отбирают образцы закрепленного грунта на различном расстоянии от скважины и испытывают их в лабораторных условиях. При термическом закреплении массива в виде отдельных термосвай рекомендуется проведение опытного закрепления с испытанием термосвай статической нагрузкой. При сплошном обжиге грунтов в основании, когда грунтостолбы соприкасаются друг с другом, испытывают обожженный массив штампами площадью не менее 10000 см2.

Цементацию часто применяют для заполнения пустот и каверн в закарстованных основаниях. Известен случай закрепления закарстованных лёссов основания одной из АЭС, способствовавшего устранению фильтрационной неоднородности, снижению водопроницаемости и предотвращению развития суффозионных процессов в основании. Это позволило избежать развития опасных деформаций сооружения.

В крупнообломочных и песчаных грунтах цементация чаще применяется для создания водонепроницаемых завес, чем для повышения несущей способности основания. Известны случаи укрепительной цементации таких грунтов, когда под влиянием длительной фильтрации из-под фундаментов выносились мелкие частицы, создавая разуплотненное состояние основания.

Силикатизацию используют обычно для местного укрепления грунта под отдельными опорами. Иногда, при высокой ценности сооружения, применяют сплошную силикатизацию слабых грунтов или передают нагрузку от фундаментов на своеобразную подушку из закрепленного силикатизацией грунта. Подобное решение использовалось, например, при реконструкции Одесского театра оперы и балета. Следует отметить, что до настоящего времени стоимость работ по укреплению грунта силикатизацией еще достаточно высока.

Смолизация не нашла еще массового применения и обычно используется для особо важных зданий и сооружений. Так, укрепление песчаных оснований карбамидными смолами применялось при реконструкции театра оперы и балета в Санкт-Петербурге, Новолипецкого металлургического комбината, где этим способом было закреплено до 15 000 м3 грунта.

Резкое увеличение объемов реконструкции зданий и сооружений в предстоящие годы будет способствовать появлению новых и значительному удешевлению существующих способов закрепления грунтов оснований. Одним из таких способов является струйная технология для закрепления оснований и создания несущих конструкций в грунте, описанная в работе П. А. Коновалова (1988).