Химическое закрепление грунтов (стр. 2 из 3)

Таблица 1

Для закрепления мелких и пылеватых песков с коэффициентом фильтрации от 0,0006 до 0,006 см/сек применяют однорастворный способ. В грунт нагнетают гелеобразующий раствор из жидкого стекла и фосфорной кислоты либо из жидкого стекла, серной кислоты и сернокислого аммония.

Первая рецептура обеспечивает более быстрое гелеобразование. Прочность закрепленного грунта (табл.1) значительно ниже, чем при двухрастворном способе. Этот способ находит применение главным образом при устройстве противофильтрационных завес.

Однорастворный способ силикатизации используют и для закрепления лёссовых просадочных грунтов, имеющих коэффициент фильтрации от 0,0001 до 0,0023 см/сек. При этом в грунт нагнетают раствор одного жидкого стекла. Гелеобразование происходит за счет реакции раствора жидкого стекла с водорастворимыми солями грунта и его обменным комплексом. Роль второго раствора выполняет сам грунт. Прочность закрепленного грунта приведена в табл. 1.

Не рекомендуется применять силикатизацию для закрепления грунтов, пропитанных нефтяными продуктами, смолами и маслами, при наличии грунтовых вод, имеющих рН >9 при двухрастворном способе, и в случае рН>7,2 при однорастворном способе силикатизации мелких и пылеватых песков. Нецелесообразно подвергать силикатизации грунты, когда скорость грунтовых вод превышает 0,006 см/сек.

Смолизация

Смолы, которые могут быть использованы для закрепления грунтов, должны обладать невысокой вязкостью и полимеризоваться в порах грунта при температуре от 4 до 10 °С. К таким смолам относятся: мочевино-формальдегидные (карбамидные), образующиеся в результате поликонденсации мочевины и формальдегида; фенольные, образующиеся в результате поликонденсации фенолов и альдегидов; фурановые, образующиеся при конденсации фурфурола и фурилового спирта; акриловые—производные акриловой кислоты; эпоксидные, получающиеся при конденсации эпихлоргидрина (или дихлоргидрина) с полиаминами, фенолами, полиспиртами и другими соединениями.

Самой приемлемой для закрепления грунтов по всем критериям является мочевиноформальдегидная (карбамидная) смола с различными отвердителями. Эта смола легко растворяется в воде, имеет малую вязкость, отверждается при невысокой температуре, а самое главное выпускается отечественной промышленностью в виде клеев в большом масштабе и по своей цене вполне доступна. Для широкого использования при закреплении грунтов.

Сущность способа состоит в нагнетании в грунт гелеобразующего раствора, состоящего из раствора смолы и отвердителя в виде соляной или щавелевой кислоты. Способ обеспечивает прочное закрепление, придает грунтам водонепроницаемость. Кроме того, способ позволяет закреплять карбонатные грунты. При повышенном содержании карбонатов (до 3%) проводится предварительная обработка грунта раствором кислоты в объеме, равном объему гелеобразующего раствора.

Электрохимическое закрепление грунтов

Как установлено исследованиями, при электрохимическом закреплении грунта происходят три процесса:

1) электроосмос, в результате которого грунт значительно обезвоживается и уплотняется; 2) реакция обмена, при которой поглощенные натрии и кальций замещаются водородом и алюминием; 3) структурообразование, являющееся результатом образования алюмогеля.

Для закрепления слабых малопроницаемых грунтов, представленных мелкими песками, суглинками и супесями, разработан способ комбинированного применения электрического тока и химических растворов, вводимых в грунт под давлением в момент наложения на него постоянного электрического тока. Обычно растворы вводят в грунт через перфорированные электроды или через забиваемые инъекторы. Распространение растворов в грунте в этом случае обусловливается движением воды от анода к катоду. Кроме закрепления грунта и придания ему водоустойчивости электрохимический способ повышает его механическую прочность. При этом большое значение имеет правильное сочетание режимов подачи растворов в грунт и пуска электрического тока, которые должны назначаться в соответствии с физико-механическими свойствами грунта.

Большое значение при использовании постоянного электрического тока имеет явление электроосмоса. Благодаря ему можно обезвоживать значительные массивы малопроницаемых грунтов при проходке траншей и вскрытии котлованов.

Технология и производство работ

Для проведения работ по химическому закреплению грунтов применяют следующее оборудование: инъекторы, установки для бурения скважин, для чего могут быть использованы любые станки и оборудование, позволяющее проходить скважины диаметром 60—127 мм на глубину 15—25 м; пневматические молотки и бетоноломы для забивки инъекторов; насосы или пневматические установки для нагнетания растворов, тампонирующие устройства; компрессор подачей не менее 1 м³/мин с обеспечением давления 5—6 атм; силикато-разварочные установки для разварки силикат-глыбы; для газовой силикатизации баллоны с углекислым газом; шланги; соединительные части; краны; контрольно-измерительная аппаратура (манометры, термометры, ареометры); емкости для приготовления и хранения растворов; гидравлические домкраты грузоподъемностью 5—10 т или шарнирный станок для извлечения инъекторов из закрепленного грунта.

Существует схема, характеризующая весь технологический процесс работ по химическому закреплению грунтов однорастворным и двухрастворным способами силикатизации, а также способом смолизации, которая приведена на рис. 1.

Технологический процесс и оборудование несколько изменяется в зависимости от применяемого способа. При двухрастворной силикатизации по приведенной схеме организации работ путь, который проходит силикат натрия, начинается с доставляемой “навалом” с заводов силикат-глыбы, развариваемой на месте в автоклавах.

После автоклавов раствор силиката натрия нагревают для снижения вязкости до 60°С или до предусмотренной проектом температуры. Из запасных чанов, пройдя насосы и затем пульт, где регулируются расход и давление нагнетаемого раствора, силикат натрия закачивается через систему инъекторов в грунт.

Рис. 1. Схема механизации работ при закреплении грунтов

1 – забивка инъектора электрокором; 2 – то же, пневмомолотом; 3 – пультовые распределители реактива; 4 – насосная; 5 – силикаторазварочный узел; 6 – котельная; 7 – компрессорная; 8 – емкости для растворов CaCl₂.

Путь раствора хлористого кальция аналогичен пути раствора силиката натрия.

Из схемы ясно, что каждый из растворов имеет свое насосное оборудование и свою регулирующую сеть, но один и тот же инъектор. В этом случае перед нагнетанием хлористого кальция необходимо прокачать через инъектор небольшую порцию воды, что в значительной степени предохранит инъектор от образования в нем кремнегеля.

Наряду с оборудованием для забивки инъекторов, станками для бурения скважин, насосным оборудованием и разводящей сетью, снабженной манометрами, расходомерами и пр., площадка, где производится закрепление грунтов, должна быть снабжена электроэнергией, водой и' сжатым воздухом.

Наконец, производство работ по химическому закреплению грунтов должно быть обеспечено постоянным контролем за качеством применяемых растворов и закрепленного грунта.

Инъекторы

Конструкция инъектора и механизма для его погружения в грунт зависит от характера и мощности подлежащего закреплению грунта (рис. 2).

Рис. 2. Схемы забивки и задавливания инъекторов

При закреплении грунта на глубину до 20 м применяют инъектор, состоящий из наголовника, колонн глухих звеньев труб, перфорированного звена, наконечника и соединительных частей-ниппелей. Забивку инъектора на глубину до 20 м в песчаные и лессовые грунты можно осуществлять отбойными молотками (рис. 2, а).

Закрепление грунтов на глубину до 30 м требует применения более прочного инъектора, сделанного из цельнотянутых труб диаметром 58—62 мм. Перфорированная часть такого инъектора имеет длину 1,5—2,0 м, а отверстия во избежание их засорения закрыты резиновыми кольцами. Погружение таких инъекторов осуществляется более мощным оборудованием (рис. 2, б).

Забивку инъекторов выполняют как с поверхности земли, так и из подземных выработок. Для забивки инъекторов применяют преимущественно механизмы, оборудованные пневмоударниками или пневматическими молотками типа перфораторов. Например, используют бурильный станок с пкевмоударником СБУ-100 или НКР-ЮОМ, смонтированный на ходовой тележке СБУ-2 или КБУ-50, а также различные опытные установки типа портативных передвижных копровых установок.

Для извлечения инъекторов кроме указанных выше установок можно использовать гидравлические спаренные домкраты грузоподъемностью до 10т.

При силикатизации просадочных лессовых грунтов с влажностью 16—20 % инъекцию силикатного раствора плотностью 1,13—1,20 г/см³ можно осуществлять с помощью забивки инъекторов (рис. 2, в) или через стенки пробуренных скважин (рис. 2, г). Для этого бурильным станком ЦГБ-50 проходят скважину глубиной, равной длине первой заходки. Длина заходки в существующей практике составляет 2—3 м. Затем в верхней зоне заходки устанавливают надувной тампон, через который по шлангу от насоса раствор нагнетают в грунт. Затем тампон вынимают из скважины и производят ее бурение на длину следующей заходки. Так повторяют на всю глубину закрепления просадочного лесса.