Опыт показывает, что для качественного закрепления на каждый кубометр глинистого грунта необходимо затратить от 30 до 60 кВт٠час электроэнергии. При этом электрообработка должна вестись круглосуточно не менее 10-15 суток.
Общими недостатками всех методов электрического закрепления грунтов являются существенные энергетические затраты, использование дополнительного оборудования (источники тока, насосы для откачки катодной воды, электроды) и соблюдение особых правил техники безопасности.
9. 3. 3 Температурные методы упрочнения грунтов
Сущность методов температурного закрепления заключается в увеличении прочности структурных связей в грунте под влиянием высокой или низкой температуры. К температурным методам улучшения свойств грунтов причисляют все технические мероприятия, основанные на двух следующих основных принципах:
- подводе тепла для высушивания или обжига грунтов;
- отводе тепла от грунтов для их замораживания или понижения отрицательной температуры.
Термическое упрочнение (обжиг) грунтов используется для улучшения физико-механических свойств связных грунтов в условиях их естественного залегания. Обжигу могут быть подвержены различные грунты (кроме заторфованных) с содержанием глинистых частиц не менее 7 % и с коэффициентом водонасыщения Sr < 0,8. Наиболее широко этот способ применяется для устранения просадочности и упрочнения лёссовых суглинков и глин.
В закрепляемом массиве без обсадки бурятся скважины диаметром 150-300 мм. В устье скважины устанавливаются трубы для подвода в скважину продуктов горения, монтируется камера сгорания с форсункой для подачи жидкого или газообразного топлива (рис. 9.20). Перед началом обжига поверхность грунта вокруг устья скважины надежно герметизируется.
|
Рис. 9.20 Схема обустройства скважины для упрочнения грунта обжигом а - закрепление грунта нижней зоны массива, б - закрепление грунта верхней зоны. 1 - форсунка, 2 - затвор, 3 - труба подачи воздуха, 4 - отсекатель, 5 - труба- удлинитель форсунки, 6 - скважина, 7 - закрепляемый массив грунта, 8 - термопары, 9 - закреплённый грунт. |
В качестве топлива чаще всего используется природный газ. На термическую обработку 1 м3 грунта расходуется от 40 до 60 м3 природного газа. Топливо сжигают непосредственно в скважине, для чего в нее подают еще и холодный сжатый воздух, поддерживающий горение и регулирующий температуру в скважине. Под избыточным давлением (~0,05 МПа) горячие газы из скважины проникают в поры грунта и обжигают его за 5–10 суток в радиусе 0,8–1,5 м. Оптимальная температура в скважине поддерживается в зависимости от целей обжига равной 400–800 °С. При температуре свыше 900 °С происходит оплавление (спекание) стенок скважины, и эффективность обжига резко снижается. При температуре закрепляемого грунта ниже 300 °С устранения просадочных свойств не происходит.
Глубина одновременного обжига грунта зависит от длины факела и составляет при сжигании газа 10–12 м, при жидком топливе 6–8 м. Когда требуемая глубина закрепления превышает длину факела горения, обжиг выполняют заходками по глубине, начиная с нижней части скважины. В этом случае фильтрацию теплоносителя регулируют с помощью отсекателя (рис. 9.20, а). Когда на первой заходке достигаются проектные параметры закрепления, отсекатель перемещают вверх и процесс обжига продолжается (рис. 9.20, б).
К достоинством термического закрепления грунтов можно отнести стойкое упрочнение грунта в результате воздействия необратимых процессов и химических превращений. Прочность при одноосном сжатии обожжённого грунта достигает 1–3 МПа.
Недостатками являются большие энергозатраты, относительная сложность обустройства устья скважины, а также зависимость получаемой формы закрепленного массива от газопроницаемости грунтов по глубине.
Искусственное замораживание грунтов. Сущность закрепления грунтов путём их замораживания состоит в том, что вода, содержащаяся в порах дисперсных грунтов, переходит в твердое состояние, что приводит к упрочнению структурных связей между отдельными частицами.
С возрастающим содержанием поровой воды связи между частицами становятся более прочными, так что наибольший эффект замораживания проявляется ниже уровня грунтовых вод. Поэтому искусственное замораживание применяется, как правило, для закрепления неустойчивых водоносных рыхлых пород (например, плывунных песков).
В зависимости от цели и назначения сооружения при замораживании грунта могут применяться различные технологические системы. Различают циркуляционные системы (двух- и одноконтурные) и системы без возврата охладителя (охлаждение жидким азотом и жидким воздухом при свободном испарении).
Чаще всего замораживание применяют для устройства грунтовых ограждающих конструкций при строительстве подземных станций и эскалаторных тоннелей метрополитенов, фундаментов мостов, стволов горных шахт, для устройства противофильтрационных завес гидротехнических сооружений. При этом по линии ограждения в грунт погружают на определённом расстоянии друг от друга замораживающие колонки из труб диаметром 100-150 мм (рис. 9.21), внутри которых циркулирует охлажденный раствор хлористого кальция.
Вокруг каждой колонки образуется цилиндрический столб из мерзлого грунта, размеры которого в процессе замораживания увеличиваются и с течением времени отдельные столбы сливаются, образуя сплошную стенку из мерзлого грунта.
|
|
Рис. 9.21 Схема замораживающей колонки:
1 - наконечни, 2 - замораживающая труба, 3 - отводящий патрубок, 4 - подводящий патрубок.
Обычно такой стенке придают кольцевое очертание в плане, и она может выдержать значительные давления талого грунта и воды за её наружным контуром. Толщину такой кольцевой стенки в расчёте на наибольшее возможное давление по её контуру р можно определить по формуле
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
