Инъекционные методы упрочнения, основанные на пропитке грунтов, в литературе традиционно связываются с названием вяжущего - цементация, силикатизация, смолизация.
Цементация грунтов основана на нагнетании в упрочняемое основание цементных растворов, которые при твердении придают массиву необходимую прочность и монолитность. Достоинствами цементации являются техническая простота, высокая надёжность достигаемых результатов, экологическая чистота вяжущего (цемента), его широкое распространение и доступность. Основным недостатком метода является ограниченность условий применения высокопроницаемыми грунтами.
Цементный раствор не является раствором в смысле химического термина, а представляет собой водную суспензию с частицами цемента. Известно, что наиболее крупные частицы цемента обычного помола имеют диаметр частиц порядка около 0,1 мм. Для нагнетания цементного раствора в грунт поры должны быть достаточно крупными, а потому цементацию традиционно применяют для упрочнения трещиноватой скалы и крупнообломочных грунтов с коэффициентом фильтрации не ниже 100 м/сутки. При использовании цементов высокого помола этот метод с успехом может применяться для упрочнения оснований, сложенных гравелистыми песками, а также крупными и средней крупности. С повышением тонкости помола улучшаются некоторые основные свойства цементного раствора: уменьшается расслаиваемость раствора, создаётся более однородная по плотности структура, понижается скорость и объём водоотделения, увеличивается прочность цементного камня. В то же время, использование высокодисперсных цементов, особенно иностранного производства, значительно повышает стоимость работ.
При цементации расчёт параметров инъектирования (объём раствора, давление нагнетания, размеры зоны распространения раствора) производится на основе решения фильтрационных задач. Для уточнения проектных параметров выполняется опытное нагнетание в натурных условиях.
При цементации скальных трещиноватых массивов нагнетание ведётся в скважины. Интервал нагнетания ограничивается специальными тампонами (рис. 9.12).
Рис. 9.12 Цементация скальных пород
1- манометр, 2 – тампон, 3 – трещины, 4 - необсаженная цементационная скважина.
При упрочнении гравийно-галечниковых и песчаных грунтов (рис. 9.13) для нагнетания раствора используются инъекторы из стальных труб диаметром 27-150 мм. Длина перфорированной части составляет 0,8-1 м. Нагнетание раствора продолжается до прекращения поглощения раствора («отказа»), которое контролируется по резкому возрастанию давления нагнетания.
Рис. 9.13 Схема цементации дисперсных грунтов
1 - гравелистый песок, 2 - среднезернистый песок, 3 - крупный песок, 4 – гравий, 5 - стабилизированная зона, 6 – манометр, 7 - гидравлический подъемник инъектора, 8 - инъектор.
Силикатизация грунтов основана на использовании силикатных растворов и их производных, которые при соединении с коагулянтом образуют гель кремниевой кислоты, цементирующей частицы грунта. В зависимости от водопроницаемости грунта и его химической активности используют двух- или однорастворный способ силикатизации.
Пески с коэффициентом фильтрации 2-80 м/сутки закрепляют двухрастворной силикатизацией. Для этого через инъектор, заходками, равными длине его перфорированной части, нагнетают водные растворы силиката натрия (Na2O·n SiO2) с плотностью 1,3-1,4 г/см3 и хлористого кальция (CaСl2) с плотностью 1,26-1,28 г/см3, при взаимодействии которых образуется гидрогель кремниевой кислоты (SiO2·n H2O). Постепенно этот гель отвердевает и цементирует частицы песка в камневидную массу с прочностью на сжатие 2-5 МПа. Рабочее давление при нагнетании растворов назначают 0,12-0,15 МПа и не более 0,2 МПа.
Специфическим недостатком двухрастворной силикатизации является то, что хлористый кальций, являясь сильным коагулянтом, при соединении с жидким стеклом очень быстро образует гель. Это ограничивает радиус проникновения раствора в грунт.
Для закрепления мелких и пылеватых песков с коэффициентом фильтрации 0,5-5 м/сутки применяют однорастворный способ силикатизации. По этой технологии в грунт нагнетается раствор силиката натрия плотностью 1,15-1,30 г/см3 с медленно действующим отвердителем - ортофосфорной кислотой или алюминатом натрия. Образование геля в грунте при смешении этих растворов происходит в заданное время, зависящее от количества коагулянта. Прочность закрепленного грунта на сжатие доходит при этом до 2–3 МПа.
Газовая силикатизация представляет собой нагнетание в грунт двуокиси углерода для предварительной его активации с последующей закачкой силикатного раствора. После инъекции раствора производят повторное нагнетания в грунт двуокиси углерода, что усиливает процесс отвердения крепителя. Способ газовой силикатизации позволяет закреплять пылеватые пески с невысоким коэффициентом фильтрации, а также лёссовые грунты в достаточно широком диапазоне их влажности.
Лёссы и лёссовидные глинистые грунты естественной влажности с коэффициентом фильтрации 0,1-2 м/сутки закрепляют также однокомпонентным раствором “жидкого стекла” с плотностью 1,1-1,2 г/см3 без какой-либо активизации грунта. Отвердителем здесь являются содержащиеся в лёссе соли кальция (карбонаты). Прочность закрепленного однораствороной силикатизацией грунта на сжатие доходит при этом до 2-3 МПа.
Смолизация заключается в инъектировании в грунты основания растворов различных синтетических смол, обычно карбамидной, которые нагнетают в песчаные грунты с коэффициентом фильтрации не менее 0,5 м/сутки через систему инъекторов. При введении электролитов (соляная или щавелевая кислота, хлористый аммоний и др.) смола переходит из жидкого состояния в прочный нерастворимый пространственный полимер, образуя в массиве грунта структурный твердый каркас.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.