Цементизація, силікатизація, термічне закріплення ґрунтів тощо.

Силікатизація.

Найбільше поширення в практиці будівництва здобула однорозчинна або дворозчинна силікатизація, тобто нагнітання в ґрунт розчинів, котрі в своєму складі містять силікат натрію (рідке скло). Якоюсь мірою силікатизація нагадує процес, що виникає у природних умовах при створенні пісковиків.

Однорозчинну силікатизацію в лесових ґрунтах запропонував В. В. Аскалонов. Пізніше технологію процесу силікатизації вдосконалили В. Є. Соколович, А. А. Акімов. Вони поширили застосування прийому на закріплення пливунів та влаштування протифільтраційних запон.

Однорозчинна силікатизація полягає в закачуванні в ґрунт через ін’єктори – металеві перфоровані труби, які змонтовані з ланок 1...1,5 м завдо-вжки та діаметром 38 мм, рідкого розчину силікату натрію з добавками коагу-ляторів. Залежно від технологічної схеми ін’єктори розташовують вертикально (рис. 15.1), похило або навіть горизонтально щодо поверхні ґрунту. Глибина закріплення залежить від ґрунтових умов й особливостей будівель.

При дворозчинній силікатизації, яка булла запропонована професором Б. О. Ржаніциним у 1929 р., через ін’єктори під тиском 0,2-0,3 МПа по черзі нагнітають розчини рідкого скла і хлориду кальцію. Такий метод використовують для закріплення пісків. Закріплювач подають при зануренні ін’єкторів зверху вниз, а розчин для тужавіння маси під час зворотно-го руху ін’єкторів – знизу вверх.

Взаємодія силікату натрію з сіллю типу хлориду кальцію, яка міститься в природному ґрунті, приводить до створення гелю кремнієвої кислоти. Останній із часом тужавіє. Через 28 діб міцність штучно створеного матеріалу досягає 0,4...1,5 МПа.

Найбільший ефект використання такого прийому виникає при закріпленні лесового ґрунту з коефіцієнтом фільтрації більше ніж 0,2 м/добу. При цьому відбувається:

– зниження пористості на 7 %;

– зниження числа пластичності на 64 %;

– збільшення щільності на 6 %;

– збільшення зчеплення до 8,5 разів;

– збільшення кута внутрішнього тертя майже до 1,2 разу;

– збільшення модуля деформації до 6 разів;

– зменшення коефіцієнта відносної просадочності у 15 разів.

Для закріплення лесового ґрунту використовують також газову силікатизацію, при якій, крім закачування розчину рідкого скла, через ін’єктори в ґрунт нагнітають вуглекислий газ. Останній сприяє швидкому та повному тужавінню закріпленої маси ґрунту.

Таким чином, щоб мати надійні результати силікатизації ґрунтів, необхідно на кожному будівельному майданчикові проводити детальні дослідження, у тому числі хімічні аналізи ґрунтів і дослідні роботи, для того, щоб на основі их даних підібрати відповідну рецептуру закріплення і спосіб подавання розчину в ґрунт. Основна задача при підбиранні рецептури – визначення оптимального терміну гелеутворення для конкретних умов закріплення.

Закріплення ґрунту за допомогою силікатизації використовують для створення суцільного масиву закріпленого ґрунту під стрічкові фундаменти або плити та у вигляді поодиноких масивів, між якими є ділянки незакріпленого ґрунту, під окремі фундаменти.

Цементація. Для закріплення ґрунту, що має велику водопроникність (вивітрілі скельні породи, гравій, галька, гравійні та крупні піски), іноді застосовують цементацію. Вона полягає в нагнітанні в ґрунт суміші цементу, води і добавок у вигляді дрібного піску, кам’яного борошна, іноді бентонітової глини, а також хімічних речовин для прискорення або, навпаки, сповільнення тужавіння розчину.

Обладнання для цементації використовують те ж саме, що й для силікатизації або смолізації. Для того, щоб виключити просочування розчину через свердловину нагору, верхню її частину влаштовують більшого діаметра і запо-внюють цементним розчином, а потім після його тужавіння та утворення цементного стовпа через нього знов пробурюють свердловину. Для цементації використовують розчинонасоси. Радіус закріплення визначають дослідом.

Для зниження водопроникності масиву іноді застосовують нагнітання розплавленого бітуму або бітумної емульсії в скельну породу. В цьому випадку ін’єктори розташовують на відстані 0,8-2 м. Для того, щоб бітум не холонув під час закачування його в ін’єктори, останні обігрівають за допомогою електроструму.

Закачування бітумної емульсії такого обігрівання не потребує. Бітумізацію використовують також для утворення водонепроникних завіс.

Електрохімічне закріплення.

Цей метод силікатизації грунту застосовують тільки в грунтах з коефіцієнтом фільтрації більше ніж 0,1…0,2 м/добу. Слабкі грунти, як правило, мають коефіцієнт фільтрації менше вказаних величин. Щоб провести розчин силікату натрію і хлористого калію, через такі грунти пропускають постійний струм. При пропусканні струму в грунтах в грунтах розвивається електроосмос – рух води, якка знаходиься в парах, від аноду до катоду. Використовуючи це явище, через перферірований анод вводять в грунт хімічні речовини (силікат натрія і хлористого кальцію). Введення цих хімічних добавок дозволяє закріпити грунти з коефіціентом фільтрації 0,1….0,005 м/добу.

Термічна обробка грунту.

У 1934 році М. О. Осташев запропонував для закріплення ґрунту використовувати нагріте до температури 350…500 °С повітря, яке нагнітається під тиском у свердловини. Пізніше роботи над цим способом продовжив проф.. М. Литвинов. У сучасному будівництві термічну обробку застосовують у товщах лесових ґрунтів, котрі віднесено до ґрунтових умов II типу, для усунення просідання перед будівництвом об’єктів або для ліквідації аварійного стану існуючих споруд.

Суть термічного закріплення ґрунту полягає в спалюванні рідкого, твердого або газоподібного па-лива, яке через форсунку під тиском подають у заздалегідь пробурені свердловини. Одночасно в свердло-вину за допомогою компресора через трубу подають повітря, щоб забезпечити горіння факела. Після підвищення температури в свердловині до 400 °С починається активне випалювання лесового ґрунту по її стінках.

Випалювання продовжується протягом 5...10 діб із регулюванням рівня тиску та місця обмежуючого сальника в свердловині. У кінці процессу створюється стовп випаленого ґрунту діамет-ром 1,5...3 м. Найбільша висота стовпа становить 18-19 м.

Дуже важливо постійно підтримувати ефективну температуру в зоні випалення. Якщо вона буде нижче ніж 400 °С, то усунення просадочності не відбудеться. Якщо температура буде вищою за 900 °С, то виникне спікання ґрунту та спливання його вниз по стінках свердловини.