Закрепление грунтов: Методы закрепления грунтов — новости строительства и развития подземных сооружений

Методы закрепления грунтов — новости строительства и развития подземных сооружений

Закрепление грунтов — это искусственное изменение строительных свойств грунтов различными физико-химическими способами. Такое преобразование обеспечивает увеличение их прочности, устойчивости, уменьшение сжимаемости и водонепроницаемости. Существует два основных способа закрепления грунтов: поверхностное и глубинное.

Поверхностное закрепление выполняют на глубину до 1 м. При этом способе грунт предварительно разрыхляется, перемешивается с закрепляющими материалами (вяжущие, цемент, известь и др.) и затем уплотняется. Глубинное закрепление предусматривает обработку грунтов без нарушения их естественного сложения путем инъекции закрепляющих материалов,  термообработки   и   замораживания, с использованием предварительно пробуренных скважин, шпуров или забиваемых инъекторов. Инъекцию производят с использованием вяжущих, силикатных материалов и смол.

Для повышения несущей способности грунтовых оснований применяют следующие способы искусственного закрепления грунтов:

•    Химический (цементация, битумизация и смолизация)
•    Термический
•    Искусственное замораживание
•    Электрический
•    Электрохимический
•    Механический

Химическое закрепление грунтов

Химическое закрепление грунтов инъекцией в строительстве в настоящее время осуществляется способами силикатизации, смолизации и цементации.   Наиболее распространенная и популярная из технологий по закреплению грунтов — это цементация. Цементация — это процесс нагнетания в грунт жидкого цементного раствора или цементного молока по ранее забитым полым сваям. Цементация применяется для закрепления крупно- и среднезернистых песков, трещиноватых скальных пород путем нагнетания в грунт цементного раствора через инъекторы. В зависимости от размера трещины и пористости песка применяют суспензию с отношением цемента к воде от 1:1 до 1:10, а также цементные растворы с добавками глины, песка и других инертных материалов.

Радиус закрепления грунтов составляет 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. Цементацию производят нисходящими зонами; нагнетание прекращают при достижении заданного поглощения или когда снижение расхода раствора достигнет 0,5 л/мин в течение 20 мин при заданном давлении.

При горячей битумизации в трещины породы  или в гравийно-гравелистый грунт нагнетают через скважины горячий битум, который, застывая, придает грунтам водонепроницаемость. При холодной битумизации, в отличие от горячей, нагнетают 35—45-процентную тонкодисперсную битумную эмульсию. Способ используется для очень тонких трещин в скальных грунтах, а также  для уплотнения песчаных грунтов.

Смолизацию применяют для закрепления мелких песков и выполняют путем нагнетания через инъекторы в грунт смеси растворов карбамидной смолы и соляной кислоты.

Силикацией закрепляют песчаные и лессовые грунты, нагнетая в них химические растворы. Через систему перфорированных трубок-инъекторов в грунт последовательно нагнетаются растворы силиката натрия и хлористого кальция. Получающийся в результате реакции гель кремниевой кислоты придает грунту значительную прочность и водонепроницаемость.

Термическое закрепление грунтов

Термическое закрепление является результатом сжигания топлива (газообразного, жидкого, сжиженных газов) непосредственно в скважинах, пробуренных на всю глубину закрепляемого грунта. Закрепление грунта в скважине происходит под действием пламени, а в теле массива — от раскаленных газов, проникающих сквозь поры грунта. В результате вокруг скважины образуется столб обожженного грунта, диаметр которого зависит от продолжительности обжига и количества топлива. Этим способом можно закрепить грунты и устранить их просадочность на глубину до 15 м, доведя прочность в среднем до 1 МПа.

Искусственное замораживание грунтов является универсальным и надежным методом временного закрепления слабых водонасыщенных грунтов. Сущность данного метода заключается в том, что через систему замораживающих скважин, расположенных по периметру и в теле будущей выработки, пропускается хладоноситель с низкой температурой, который, отнимая от окружающего грунта тепло, превращает его в ледогрунтовый массив, обладающий полной водонепроницаемостью и высокой прочностью.

В зависимости от вида хладоносителя различаются два способа замораживания: рассольный и сжиженным газом. В первом случае рассол-хладоноситель представляет собой высококонцентрированный раствор хлористого кальция или натрия, предварительно охлажденный в испарителе холодильной машины до температуры минус 25° С. В качестве хладагента в холодильных машинах используются аммиак, фреон или жидкий азот. Во втором случае в качестве хладоносителя сжиженных газов используется главным образом жидкий азот, имеющий температуру испарения минус 196° С.

Электрический способ закрепления грунтов

Электрическим способом закрепляют влажные глинистые грунты. Способ заключается в использовании эффекта электроосмоса, для чего через грунт пропускают постоянный электрический ток с напряженностью поля 0,5-1 В/см и плотностью 1-5 А/кв.м. При этом глина осушается, уплотняется и теряет способностью к пучению.

Электрохимический способ отличается от предыдущего тем, что одновременно с электрическим током через трубу, являющуюся катодом, в грунт вводят растворы химических добавок (хлористый кальций и др. ). Благодаря этому интенсивность процесса закрепления грунта возрастает.

Механический способ укрепления грунтов

Механический способ укрепления грунтов имеет следующие разновидности: устройство грунтовых подушек и грунтовых свай, вытрамбовывание котлованов и др.

Устройство грунтовых подушек заключается в замене слабого грунта основания другим, более прочным, для чего слабый грунт удаляют, а на его место насыпают прочный грунт и послойно утрамбовывают. При устройстве грунтовых свай в слабый грунт забивают сваю-лидер. В полученную после извлечения этой сваи скважину засыпают грунт и послойно уплотняют. Вытрамбовывание котлованов осуществляется с помощью тяжелых трамбовок, подвешенных на стреле башенного крана. Этот способ менее сложен, чем способ грунтовых подушек, поскольку не требует замены грунта основания. Также уплотнение котлованов значительных размеров может осуществляться гладкими или кулачковыми катками, трамбующими машинами, виброкатками и виброплитами.

Физико-химическое закрепление грунтов — НПКБ «СТРОЙПРОЕКТ»

• Главная > 
• Информация > 
• Закрепление грунтов

Основными способами физико-химического закрепления грунтов оснований являются силикатизация, смолизация, цементация, глинизация и битумизация и пр.

Силикатизация

Силикатизация и смолизация применяются для повышения несущей способности оснований сложенных песчаными и лессовыми грунтами.

Суть метода заключается в нагнетании растворов или смесей в грунт через систему скважин или инъекторов.

Существуют основные способы силикатизации грунтовых массивов:

• Двухрастворная силикатизация на основе силиката натрия и хлористого кальция;
• Однорастворная силикатизация на основе силиката натрия и кремнефтористоводородной кислоты;
• Однорастворная силикатизация на основе силиката натрия;
• Газовая силикатизация на основе силиката натрия и углекислого газа;
• Однорастворная силикатизация на основе силиката натрия и формамида с добавкой кремнефтористоводородной кислоты;
• Однорастворная силикатизация на основе силиката натрия и алюмината натрия;
• Однорастворная смолизация на основе карбомидных смол и соляной или щавелевой кислоты.

Цементация

Цементация как способ закрепления грунта является наиболее популярным в современной строительной практике, в первую очередь из за широкой распространенности слагающих материалов. Для цементации используют цемент, воду и различные добавки (пески, супеси, глины, искусственные химические вещества и пр.).

Цементация грунта применяется для усиления песчаных, гравелистых и скальных пород, насыпных грунтов и заполнения карстовых пустот.

Для выполнения цементации грунтов используют забивные инъекторы или инъекторы-тампоны которые опускают в пробуренные скважины.

Расход цементирующего раствора, количество и радиус цементации устанавливают посредством проведения опытных работ.

Смолизация

При смолизации используются высокомолекулярные органические смолы (карбамидные, фенолформальдегидные и др.), совместно с отвердителями — кислотами, кислыми солями.

Через некоторое время после нагнетания в грунтовый массив, смола полимеризуется тем самым увеличивая прочность слагающих грунтов. По некоторым данным прочность на одноосное сжатие закрепленного карбамидной смолой песка составляет от 1 до 5 МПа, в зависимости от концентрации смолы в растворе.

Радиус закрепления скважины песчаного грунта составляет порядка 0.3-1.0м.

Глинизация и битумизация

Эти способы применяют для снижения коэффициента фильтрации грунтов — уменьшения водопроницаемости. Для этого через инъекторы нагнетают бентонитовые растовры с содержанием монтмориллонита. Выпадая в осадок глинистые частицы заполняют поры грунта, что приводит к значительному снижению водопроницаемости, вплоть до полной водонепроницаемости.

Электрохимическое закрепление грунтов

Для электрохимического закрепления грунтов в грунт подают водные растворы солей многовалентных металлов. Подача происходит через аноды. Растворы солей, соединяясь с глинистым грунтом, коагулируют глинистые частицы, таким образом, создаются глинистые агрегаты, прочность которых существенно выше по сравнению с грунтами природного сложения.

Термическое закрепление грунтов

При термическом закреплении грунтов через систему скважин, в течении нескольких суток, в грунте пропускают раскаленные газы. Таким образом, от повышенных температур происходит оплавление отдельных минералов в структуре грунта, что приводит к образованию водостойких прочных структурных связей грунта. В результате термической обработки получается упрочненный массив грунта вокруг скважины — термосвая, прочностью до 10 МПа.

Стабилизация почвы: важность и преимущества

от Mintek Team | 17 июля 2020 г. | Стабилизация

Что такое стабилизация грунта?

Стабилизация грунта – это процесс, при котором физические свойства грунта преобразуются для обеспечения долгосрочного постоянного прироста прочности. Стабилизация достигается за счет увеличения прочности на сдвиг и общей несущей способности грунта. После стабилизации образуется твердый монолит, который снижает проницаемость, что, в свою очередь, снижает потенциал усадки/набухания и вредное воздействие циклов замораживания/оттаивания. Потенциал усадки/набухания почвы – это величина, на которую почва может измениться в объеме в зависимости от содержания влаги. Некоторые экспансивные почвы могут расширяться на целых десять процентов! Это резкое изменение объема может легко создать достаточную силу, чтобы нанести серьезный ущерб дому, зданию или проезжей части. Стабилизация грунта может улучшить состояние грунта на месте или в естественном состоянии, устраняя необходимость в дорогостоящих операциях по удалению и замене. Часто грунты, которые служат структурной основой для дорог, строительных площадок или автостоянок, обрабатывают химически, чтобы контролировать инженерные свойства грунта, такие как содержание влаги. Стабилизация почвы достигается с помощью извести, продуктов на основе извести или других химикатов, таких как портландцемент. Эти химические вещества основаны на пуццолановых реакциях для образования постоянных связей между частицами почвы. Предпроектные испытания необходимы, чтобы убедиться в наличии достаточного количества материала для постоянной стабилизации грунта.

Если стабилизированный слой грунта включен в конструкцию дорожного покрытия, последующие слои будут тоньше, что приведет к значительной экономии средств. Известковые стабилизированные грунты превосходят нестабилизированные грунты при правильном выборе материалов, конструкции и конструкции.

Важность и влияние стабилизации грунта на конструкции

Стабилизированный грунт обеспечивает прочную рабочую платформу, основу для всех других частей проектов. После приемов стабилизации слабые грунты могут быть преобразованы путем образования постоянных пуццолановых реакций. Это означает, что грунты не подвержены выщелачиванию и имеют резко сниженную водопроницаемость, что приводит к уменьшению потенциала усадки/набухания и повышению устойчивости к замораживанию и оттаиванию. Кроме того, грунты, которые были стабилизированы, также претерпели некоторую модификацию. Другими словами, почва физически изменилась, облегчив уплотнение и уменьшив пластичность. Более легкое уплотнение облегчает достижение максимальной плотности в сухом состоянии. Индекс пластичности является важной геотехнической мерой, учитывающей критическое содержание воды в почвах. Всякий раз, когда пластичность в грунтах снижается, грунты становятся более рыхлыми и обрабатываемыми.

Вернитесь к работе с меньшими простоями.

Получить предложение

Что такое процесс стабилизации грунта?

Процесс стабилизации почвы начинается в лаборатории, где анализируются образцы почвы, чтобы определить, сколько химического модификатора необходимо для постоянной стабилизации почвы. Тест Eades and Grim pH (ASTM D 6276) обычно используется для определения количества материала, необходимого для правильного разрушения и стабилизации почвы. После определения нормы внесения можно приступать к стабилизации грунта на строительной площадке. Во-первых, материал доставляется на площадку, как правило, в пневматических цистернах, но также используются самосвалы и насыпные мешки в зависимости от потребностей строительной площадки. Затем материал распределяется по площадке с заданной скоростью либо с помощью разбрасывателей, либо механическим способом с помощью экскаваторов. Промышленные регенераторы тщательно смешивают химический модификатор с почвой, так что может произойти ряд реакций. Эти реакции включают физическую модификацию почвы и пуццолановые реакции в почве, которые приводят к долговременному постоянному увеличению прочности. Некоторым продуктам требуется короткий период созревания, чтобы реакция завершилась. После тщательного перемешивания грунта, его уплотнения, выравнивания и окончательного прикатывания стабилизированный грунт готов к дальнейшему строительству. Конечным продуктом может быть дорога, взлетно-посадочная полоса, автостоянка или строительная площадка.

Этап 1:

Одно из многих решений Mintek доставляется на место проведения работ в пневматической цистерне

Этап 2:

Затем продукт перегружается в разбрасыватель

9 0002  

Шаг 3 :

Затем разбрасыватель распределяет продукт по проблемному грунту

Этап 4:

Реагент Mintek, вода и почва смешиваются с помощью водовоза и регенератора

Этап 5:

Затем уплотненный материал сортируется по профилю и поперечному уклону фут уплотняет измельченную смесь

Как стабилизировать грунт?

Методы стабилизации грунта включают использование химикатов для улучшения свойств грунта для создания лучшей рабочей платформы для строительства. Известь повышает рН почвы, растворяя кремний и оксид алюминия, которые естественным образом присутствуют в почвах, содержащих любое количество глины. Кремнезем и глинозем реагируют с кальцием из извести и воды, присутствующих в почве, с образованием гидратов силиката кальция (CSH) и гидратов алюмината кальция (CAH). CSH и CAH — это те же самые взаимодействия, которые присутствуют при работе с цементом. Они образуют долгосрочные, постоянные связи, которые резко улучшают несущую способность почвы. Побочные продукты процесса производства извести могут быть ценными, поскольку содержание глины в почве уменьшается. Эти материалы привносят пуццолановые свойства из процесса производства извести в почвенную смесь, где реакции могут образовывать высокопрочные связи. Портландцемент также может стабилизировать грунты, особенно когда нет доступных частиц глины для высвобождения природных пуццоланов. Цемент реагирует с содержанием воды в почве и гидратируется так же, как бетон, придавая почве прочность.

Методы и материалы для стабилизации грунта

от Mintek Team | 10 августа 2022 г. | Стабилизация

Что понимается под стабилизацией грунта?

Стабилизация грунта — это процесс, при котором физические свойства грунта преобразуются для обеспечения постоянного прироста прочности перед началом строительства. Стабилизированные грунты превосходят нестабилизированные грунты при правильном выборе материалов, конструкции и конструкции. Когда стабилизированный слой грунта включается в структурную конструкцию дорожного покрытия, последующие слои могут быть тоньше, что приводит к значительной экономии средств и минимизирует потребность в первичных материалах. Помимо увеличения прочности, стабилизированный грунт образует твердый монолит, который снижает проницаемость, что, в свою очередь, снижает возможность усадки/набухания и вредное воздействие циклов замерзания/оттаивания.

Стабилизация грунта может улучшить состояние грунта на месте или в естественном состоянии, устраняя необходимость в дорогостоящих операциях по удалению и замене. Часто строительные площадки, где необходимо построить дороги, строительные площадки, автостоянки, взлетно-посадочные полосы или другие конструкции дорожного покрытия, содержат естественно влажные, слабые почвы. Эти почвы могут быть химически обработаны для повышения прочности за счет стабилизации и улучшения инженерных свойств, включая содержание влаги и пластичность, за счет модификации. Процессы стабилизации грунта ex situ или за его пределами возможны, но обычно используются для экологических проектов, а не для типичных строительных работ.

Оцените мощность дозы для вашей строительной площадки с помощью Калькулятора мощности дозы

Попробуйте сейчас

Химическая стабилизация почвы

Химическая стабилизация почвы — это относительно широкий термин, который используется в отношении химических реагентов, таких как негашеная известь, известняк. Известковая пыль (LKD), цемент или другие промышленные сопутствующие продукты и побочные продукты используются для повышения прочности грунта земляного полотна. Независимо от реагента важно использовать надлежащие методы. Тщательное перемешивание обеспечивает полное включение и общую однородность смеси. Проверка влажности и уплотнения важна, чтобы убедиться, что все реакции произошли. Каждый реагент должен полностью гидратироваться, а максимальная плотность достижима только при оптимальном содержании влаги. Независимо от используемого вяжущего, предварительное планирование проекта, включая лабораторные испытания, важно для того, чтобы быть уверенным, что присутствует достаточное количество вяжущего для постоянной стабилизации грунта и обеспечения желаемого результата.

Материалы для стабилизации почвы

Известь

Негашеная известь, которую часто называют просто известью, представляет собой химическое соединение оксида кальция (CaO). Негашеная известь доступна в двух видах: с высоким содержанием кальция и доломитовая. Высококальциевый почти полностью представляет собой оксид кальция, тогда как доломитовая негашеная известь содержит часть оксида магния (MgO) наряду с оксидом кальция. Некоторые промышленные применения, такие как сталь, требуют магниевого компонента для определенных процессов. Для строительных целей высококальциевая и доломитовая негашеная известь практически неотличимы. Узнайте больше о том, почему продукты на основе извести являются наиболее эффективным средством для сушки почвы и как они могут улучшать почву путем модификации.

Известь стабилизирует глинистые почвы, обеспечивая долговременный прирост прочности, который сохранится после первоначального применения. Исследования показали, что эти реакции могут продолжаться в течение года и более. Стабилизация известью обеспечивает кальциевый компонент и надлежащую химическую среду, необходимую для постоянной стабилизации почвы. Поскольку известь является щелочным материалом, она обеспечивает надлежащую химическую среду, повышая рН почвы до такой степени, что встречающиеся в природе пуццоланы, такие как кремнезем и оксид алюминия, становятся растворимыми. После растворения они могут реагировать и образовывать цементирующие связи с кальцием из извести. Образующиеся гидраты силиката кальция (C-S-H) и гидраты алюмината кальция (C-A-H) являются постоянными и уменьшают влияние глинистой почвы, что приводит к очень упругому основанию, а не маскирует его, как в случае с другими методами стабилизации.

Почвы с индексом пластичности (PI) 10 или выше, как правило, являются отличными кандидатами для стабилизации известью. Надлежащие лабораторные испытания важны для определения реактивности почвы и дозировки, необходимой для надлежащей стабилизации.

Calciment® LKD

Известковая пыль, или LKD, является побочным продуктом процесса производства извести, который содержит комбинацию CaO, MgO и пуццоланов. Подобно летучей золе, пуццоланы образуются из топлива, используемого в процессах сгорания, и представляют собой мелкодисперсные материалы, переносимые выхлопными газами и собираемые средствами контроля выбросов, такими как мешочные фильтры.

Эти продукты являются своего рода гибридом негашеной извести и цемента, которые хорошо работают на почвах с индексом PI 5-35. Наличие пуццоланов позволяет стабилизировать более зернистые и песчаные почвы. Поскольку Calciment LKD также содержит кальций, как и известь, продукт может также использовать пуццоланы, естественно присутствующие в глинистых почвах, для создания цементных связей. Подобно летучей золе, каждый раз, когда используются побочные продукты, потребление энергии и выбросы снижаются. Использование первичных материалов и вывоз на свалки сведены к минимуму, что делает Calciment LKD экологически чистой альтернативой традиционным реагентам.

Цемент

Цемент представляет собой широко используемый композиционный материал, состоящий в основном из кальция, кремнезема, глинозема и железа, полученных из известняка, песка и глины. Все они обрабатываются, обжигаются в печи и измельчаются в мелкий порошок. Когда цемент подвергается воздействию воды, он химически гидратируется, образуя гель, который образует взаимосвязанную матрицу вокруг частиц почвы. Смесь затвердевает или затвердевает очень быстро, обычно в течение одного-трех часов, поэтому смесь грунта с цементом необходимо укладывать, перемешивать и уплотнять быстро. Такое быстрое отверждение приводит к высокому начальному приросту прочности, который быстро снижается.

Цемент является эффективным реагентом для стабилизации некоторых типов грунтов. Однако не все типы грунтов одинаковы, и понимание геотехнических свойств грунтов для вашего конкретного применения является ключевым. Цемент является хорошим вариантом при работе с песчаными крупнозернистыми грунтами, но эффективность цемента снижается по мере увеличения содержания глины и пластичности. Стабилизация цементом просто маскирует эффект глины и не является экономичным вариантом стабилизации мелкозернистых грунтов. Кроме того, нежелательное растрескивание при усадке часто связано с стабилизированным цементом грунтом, позволяющим проникать воде и вызывать дальнейшие повреждения.

Грунты с индексом пластичности (PI) 10 или меньше обычно подходят для стабилизации цементом. Надлежащие лабораторные испытания важны для определения правильного продукта и дозировки, необходимой для правильной стабилизации почвы для вашего конкретного применения.

Прочие продукты для стабилизации

Битум

Битум представляет собой встречающееся в природе органическое вяжущее, которое обычно получают путем перегонки или переработки сырой нефти. Это липкая, вязкая жидкость, которая обычно скрепляет асфальт. Когда битум добавляется в почву, он заполняет пустоты в почве, чтобы механически стабилизировать почву, а не вступать в реакцию с отдельными частицами почвы. Тип почвы является важным фактором при выборе битума для стабилизации. Мелкозернистые почвы требуют более высоких дозировок битума для стабилизации почвы по сравнению с песчаными крупнозернистыми почвами. Битум часто является одним из самых дорогих строительных материалов, поэтому дозировка является ключевым фактором экономической эффективности при рассмотрении битума. Погода является еще одним фактором, который необходимо учитывать, так как битум очень чувствителен к перепадам температуры. Вязкость будет уменьшаться с температурой, что приведет к плохому смешиванию, нежелательной неравномерности смеси и кажущейся случайной стабилизации при более низких температурах.

Геотекстиль

Геотекстиль — это ткань, устойчивая к химическим веществам и биоразложению. Как и битум, геотекстиль механически взаимодействует с грунтом, обеспечивая повышенную прочность и несущую способность. Размер раскрытия, прочность блокировки и сопротивление проколу являются важными факторами, связанными с геотекстилем. Увеличение стоимости геотекстиля увеличивает общую стоимость проекта.

Затирка

Затирка представляет собой текучую смесь воды, цемента и песка, которую можно перекачивать насосом по всей строительной площадке. Суспензионный раствор впрыскивается через заданные промежутки времени для проникновения в матрицу почвы. Смесь со временем затвердевает, придавая грунту прочность и несущую способность. Заливка раствором под давлением возможна только в зернистых грунтах, поскольку материал должен иметь возможность проходить через массу грунта. Мелкий размер частиц, связанный с глинистыми почвами, приводит к минимальному проникновению или отсутствию проникновения, что делает цементирование неэффективным.