АНАЛИЗ ИЗВЕСТНЫХ МЕТОДОВ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТОВ

Важным этапом при строительстве на просадочных грунтах является обеспечение прочности оснований и фундаментов инженерных сооружений, путем преобразования строительных свойств слабых грунтов. Существуют различные методы улучшения свойств просадочных грунтов, которые можно объединить в три основные группы:

1. конструктивные методы, направленные на создание более благоприятных условий работы грунтов как оснований путем регулирования напряженного состояния и условий деформирования;

2. физико-механические методы (уплотнение грунтов), осуществляемые различными способами и направленные на уменьшение пористости грунтов, создание более плотной упаковки минеральных агрегатов;

3. физико-химические методы (закрепление грунтов), заключающиеся в образовании прочных искусственных структурных связей между минеральными частицами.

Как показывает опыт российских и зарубежных ученых, наиболее эффективным методом предотвращения неравномерных осадок и последующих деформаций зданий и сооружений является инъекционное закрепление грунтов основания фундаментов. Инъекционное закрепление просадочных грунтов обеспечивает повышение несущей способности грунтов, водостойкости, долговечности и прочности. Значительную роль в развитие теории и практики инъекционного закрепления просадочных грунтов внесли A.M. Голованов, Б.Н. Исаев, А. Камбефор, Б.А. Ржаницын, В.Е. Соколович, И.Я. Харченко, Н.А. Клескина, Э.И. Мулюков, В.К. Соколович и многие др.

Под инъекционным закреплением грунтов подразумевают такие методы их упрочнения, при которых между частицами грунта искусственным путем (нагнетанием инъекционных растворов) создаются дополнительные связи,  в результате чего возрастает прочность грунта и уменьшается его сжимаемость.

В отличие от методов уплотнения, инъекционное закрепление грунтов не оказывает существенное влияние на их структуру. При инъекционном закреплении введенные составы образуют в массиве грунта прочные структурные связи. В результате этого обеспечивается увеличение прочности грунтов, снижение их сжимаемости, уменьшение водопроницаемости и чувствительности к изменению внешней среды, особенно влажности.

Существуют различные методы закрепления просадочных грунтов, в зависимости от технологии закрепления, химических процессов, происходящих в грунте при нагнетании растворов и характера изменения свойств грунтов (рис.1).

Химические способы закрепления грунтов (однорастворная, двухрастворная и газовая силикатизация, смолизация и аммонизация) заключается в преобразовании свойств грунтов химическими растворами в их естественном залегании. Химические способы закрепления грунта основаны на взаимодействии между химическими реагентами, введенными в грунт, или реакцией между химическим раствором и активной частью грунта, образовывая при этом грунтобетонный массив с повышенной прочностью, долговечностью и водонепроницаемостью.

При химических способах закрепления грунта происходит нагнетание химических растворов в грунты с коэффициентом фильтрации κФ равным от 0,1 до 80 м/сут.:

• при κФ= 0,1-0,2 м/сут. – газовая силикатизация;
• при κФ= 0,5-5 м/сут. –однорастворная силикатизация и смолизация;
• при κФ= 5-80 м/сут. –двухрастворная силикатизация.

Рисунок 1. Существующие методы закрепления грунтов

Основные характеристики грунтов, влияющие на процесс химического закрепления, делятся на две группы:

1. В первую группу входят коэффициент фильтрации, плотность, пористость и природная влажность грунта, и оказывают влияние на технологические параметры закрепления;
2. Во вторую группу входят показатели, оказывающие влияние на физико-химические процессы, происходящие в грунте при закреплении, т.е. закрепляемость грунта: РН грунта и грунтовые воды, емкость поглощения грунта, содержание в грунтах карбонатов, гипса и органических веществ.

Однорастворная силикатизация применяется для закрепления мелкозернистых, пылеватых песков и легких супесей с κФ= 0,5-5 м/сут, где достаточно небольшой прочности грунтобетона – до 0,5 МПа, или устройства водонепроницаемой завесы в песках.

Существует несколько рецептур однорастворного способа силикатизации: силикатно-кремниевофтористо-водородная, силикатно-фосфорнокислая, силикатно-алюмосернокислая, аммонитно-силикатная, силикатно-фтористовернокислая и силикатно-органические.

Все эти рецептуры представляют собой гелеобразующие растворы с малой вязкостью, которая должна сохраняться в течение всего времени их нагнетания в грунт.

Двухрастворная силикатизация основана на закреплении средне- и крупнозернистых песках с κФ от 5 до 80 м/сут, и обеспечивает прочность закрепленного грунта от 2,0 до 6,0 МПа. Осуществляется двухрастворная силикатизация путем поочередного нагнетания раствора (закрепителя) силиката натрия (Na2O · nSiO2) и раствора (отвердителя) хлористого кальция (CaCl2) через инъекторы, что приводит к образованию гидрогеля кремниевой кислоты (СaО · 3SiO2), который быстро и прочно закрепляет грунт.

Газовая силикатизация предназначена для закрепления песчаных и лессовидных грунтов с κФ от 0,1 до 0,2 м/сут, и показывает прочность закрепления от 0,5 до 2 МПа. Газовая силикатизация отличается от обычной тем, что дополняется обработкой силикатизированного грунта небольшим количеством углекислого газа (CO2). То есть сначала обрабатывается лесс углекислым газом, затем силикатом натрия, а затем снова нагнетается углекислый газ для отверждения силикатного раствора.

Смолизация применяется для закрепления мелкозернистых, пылеватых песков и легких супесей с κФ = 0,5-5 м/сут с проектной прочностью грунта до 5 МПа. При смолизации в грунт вводят высокомолекулярные органические соединения (карбомидные, фенолформальдегидные и другие синтетические смолы) совместно с отвердителями (кислотами, кислыми солями и т.п., где через какое-то время начинается процесс полимеризации смолы. Этот процесс протекает в три стадии: 1 – раствор теряет первоначальную вязкость, т.е. густеет, 2 – раствор переходит в желеобразное состояние, 3 – раствор превращается в твердое вещество. При этом получается грунтобетон с достаточной высокой водонепроницаемостью и прочностью до 5 МПа.

Электрохимические способы закрепления направлены для укрепления суглинистых, илистых и глинистых грунтов с κФ менее 0,2 м/сут. Однако следует отметить, что прочность, приобретаемая при таких способах закрепления, имеет невысокие показатели – до 0,6 МПа.

Возможность применения перечисленных методов закрепления осуществляется по следующим параметрам: вид грунта, коэффициент фильтрации грунта и требуемая прочность закрепленного грунта.

Анализируя полученные данные необходимо сделать вывод о том, что: инъекционные способы закрепления имеют наиболее широкий спектр закрепляемых грунтов с κФ от 0,1 до 80 м/сут, позволяют получить грунтобетонные массивы с высокими прочностными показателями, что дает возможность обеспечить стабилизацию деформаций оснований зданий и сооружений и ликвидацию их осадок.

Список литературы:

1. Абуханов, А. З. Инъекционная технология закрепления грунтов оснований зданий / А. З. Абуханов, В. Х. Хадисов // Инновационные технологии в производстве, науке и образовании: Сборник трудов II Международной научно-практической конференции. Часть 2. – Махачкала. 2012. – С. 19-25.
2. Ржаницын, Б. А. Химические закрепления грунтов в строительстве / Б. А. Ржаницын. – М.: Стройиздат, 1986. – 263 с.