Методы укрепления грунтов

Укрепление грунтов – представляет собой искусственное изменение строительных свойств грунтов, используя различные физико – химические способы. Данный метод способствует увеличению прочности, устойчивости, уменьшает сжимаемость и водопроницаемость. В настоящее время существует два способа укрепления грунтов:

1. Поверхностный – его выполняют на глубине до 1 метра. Предварительно необходимо провести разрыхление и перемешивание его с укрепляющими материалами, такими как, вяжущие, цемент, известь, а затем происходит уплотнение.
2. Глубинный – представляет собой обработку грунтов без нарушения их естественного сложения путём инъектирования укрепляющих материалов, термообработки и замораживания, используя заранее пробуренные скважины, шпуры или забиваемые инъекторы. Инъекции чаще всего проводят, применяя силикатные материалы и смолы, обладающие вяжущими свойствами.

К методам глубинного укрепления грунтов с целью повышения несущей способности грунтовых оснований относятся:

А) Химический – такой как, цементация, битумизация и смолизация.

 Цементация осуществляется по полым сваям, заранее забитым путём нагнетания в грунт жидкого цементного раствора или цементного молока. Метод цементации, в основном, применяют в качестве укрепления крупно – и среднезернистых песков, скальных пород с трещинами путём нагнетания цементного раствора через инъекторы в грунт. Используют суспензию с отношением цемента с водой от 1:1 до 1:10 –в зависимости от размера трещин и пористости песка, а также применяют цементные растворы с добавками глины, песка и других инертных материалов.

Радиус укрепления грунтов в скальных грунтах- 1,2 – 1,5 м, в крупных песках- 0,5-0,75 м; в песках средней крупности – 0,3-0,5 м. Данный метод производится нисходящими зонами; при достижении заданного поглощения или снижения расхода раствора, достигшего 0,5 л/м в течение 20 минут при заданном давлении, при этом происходит прекращение нагнетания.

Использование горячей битумизации в трещинах породы или в гравийно – гравелистый грунт путём нагнетания через скважины горячего битума, который в процессе застывания придаёт грунтам высокую водопроницаемость.

При холодной битумизации происходит нагнетание 35-45% тонкодисперсной битумной эмульсии. Метод применяется для очень тонких трещин в скальных грунтах и для уплотнения песчаных грунтов.

Метод смолязации используется для укрепления мелких песков, применяя смеси растворов карбамидной смолы и соляной кислоты – нагнетание через инъекторы в грунт.

Осуществляя метод силикации укрепляются песчаные и лессовые грунты, нагнетая в них химические растворы через систему перфорированных трубок – инъекторов в грунт последовательно нагнетаются растворы силиката натрия и хлористого кальция. В результате данной реакции получается гель кремниевой кислоты, придающий значительную прочность и водопроницаемость грунтов.

Б) Термический- результат сжигания газообразного, жидкого топлива и сжиженных газов непосредственно в скважинах, заранее пробуренных на всю глубину укрепления грунта. Укрепление грунта в скважинах осуществляется под действием пламени, а в теле массива- от раскалённых газов, которые проникают через поры грунта. При этом, вокруг скважины образуется столб обожжённого грунта, диаметр которого зависит от продолжительности обжига и количества используемого топлива. Предназначен для укрепления грунтов и устранения просадки на глубину до 15 м, доводят прочность в среднем до 1 мПа.

В) Искусственное замораживание— предназначена для временного укрепления слабых водонасыщенных грунтов. Через систему замораживания скважины, которые располагаются по периметру и в теле бедующей выработки пропускаются хладоны с низкой температурой, отнимающей от окружающего грунта тепло, превращая его в ледогрунтовый массив, который обладает полной водопроницаемостьтю и является высокопрочным.

Выделяют 2 способа замораживания, в зависимости от вида хладоносителя:

1. Рассольный – высококонцентрированный раствор хлористого кальция или натрия, предварительно охлаждённого в испарительной холодильной машине до -25 градусов Цельсия. В качестве хладагента в холодильных машинах применяют аммиак, фреон или жидкий азот.
2. Сжиженный газ— жидкий азот, который имеет температуру испарения -196 градусов Цельсия.

Г) Электрический- производится, укрепляя влажные глинистые грунты. Используется эффект электроосмоса- когда через грунт пропускается постоянный электрический ток с напряжением поля 0,5- 1 В/ см и плотностью 1-5 А/ кв.м. Происходит осушение, уплотнение глины и теряется способность к пучению.

Д) Электрохимический— одновременно с электрическим током через трубу, которая является катодом в грунт вводятся химические добавки, например, хлористый кальций. При этом увеличивается интенсивность процесса укрепления грунтов.

Е) Механический – состоит из устройства грунтовых подушек и грунтовых свай; вытрамбовывании котлованов.

1) Устройство грунтовых подушек происходит в замене слабого грунтового основания другим, более прочным. Для начала производят удаление слабого грунта, насыпление прочного грунта и послойное его утрамбовывание. При устройстве грунтовых свай в слабом грунте сначала забивают сваю – лидер. Затем в скважину засыпают новый грунт и послойно уплотняют.

Вытрамбовывание котлованов – происходит с использованием тяжёлых трамбовок, которые подвешиваются на стреле башенного крана. Данный способ является менее сложным, чем способ грунтовых подушек, так как не требует замены грунтового основания.

Гладкими или кулачными катками, трамбовочными машинами, виброкатками, и виброплитами происходит уплотнение котлован значительных размеров.

Для определения наиболее подходящего метода необходимо тщательное исследование грунтов как по физическим, химическим, механическим и эксплуатационным свойствам, т. е. учитывать инженерно – геологические изыскания. И только после этого применяются уже расчёты. Данный вид деятельности должны проводить высококвалифицированные специалисты и иметь экономическую выгоду. Качественный проект является залогом успешного выполнения работ и продлевает долговечность самого строительного объекта.

Под контролем качества понимают лабораторные испытания, применение материалов; проверку соблюдения технологии выполнения работ; испытания укреплённых грунтов и мониторинг состояния конструкции как в процессе, так и после укрепления.