Methoden der Bodenverfestigung im Straßenbau. Böden mit Zement festigen – zuverlässig über Jahre hinweg

Die Entwicklung von Methoden zur chemischen Konsolidierung von Böden begann im Jahr 1931, als der einheimische Wissenschaftler B.A. Rzhanitsyn entwickelte eine einzigartige Zwei-Lösungs-Methode zur Silikatisierung wassergesättigter Sande. Das gleiche Schema wurde für die Silikatisierung von absinkenden Lössböden verwendet, wobei die Rolle des zweiten Reagens vom Boden selbst übernommen wurde.

In der Anfangsphase basierten chemische Fixiermethoden auf der Verwendung eines anorganischen Polymers – Natriumsilikat. Im nächsten Schritt begannen die Wissenschaftler, Natriumsilikat niedriger Dichte mit Härtungslösungen aus Säuren und Salzen zu mischen. Die niedrige Viskosität der Lösungen (1,5–3,0 mPa.s) ermöglichte die Verfestigung sandiger Böden mit einem Filtrationskoeffizienten von 0,2 bis 2,0 m/Tag.

Aufgrund der bedeutenden Entwicklung der organischen Polymerchemie sind heute die von der chemischen Industrie hergestellten Harze, nämlich Harnstoff-Formaldehyd-Harz (Harnstoff), die beliebtesten Reagenzien. Als Härter werden Salz- und Oxalsäure verwendet. Allerdings schränkt die gewisse Toxizität, die durch die Freisetzung von freiem Formaldehyd während der Entwicklung einer festen Masse, d. h. beim Graben eines Tunnels oder Öffnen einer Grube, verursacht wird, die Verwendung dieser Methode ein. Durch Laboruntersuchungen konnte die Freisetzung von freiem Formaldehyd deutlich reduziert werden. Dies verringerte die Festigkeit der Befestigung etwas, ermöglichte jedoch die Verwendung von Harzen beim Ausheben von unterirdischen Bauwerken.

Die Doktoren der technischen Wissenschaften V.V. Askalonov und V.E. Sokolovich leisteten einen großen Beitrag zur Entwicklung chemischer Methoden zur Fixierung von Sanden und Löss.

Chemische Konsolidierung von Böden in Im weitem Sinne ist eine künstliche, gezielte Umwandlung der Baueigenschaften natürlicher Böden durch deren chemische Behandlung mit verschiedenen Reagenzien, basierend auf den Wechselwirkungsreaktionen von Reagenzien untereinander oder unter Beteiligung des chemisch aktiven Teils des Bodens. Eine solche Bodenverfestigung gewährleistet die Irreversibilität und Dauerhaftigkeit der erworbenen Eigenschaften.

Die chemische Injektionsverfestigung erhöht irreversibel die mechanische Festigkeit und Stabilität, verringert die Kompressibilität und Wasserdurchlässigkeit von Böden und verhindert auch Setzungen beim Durchnässen von Löss und lössähnlichen Böden, was vielfältige Einsatzmöglichkeiten bei der Lösung vieler praktischer Probleme im Bauwesen bietet.

Im industriellen und Bauingenieurwesen Die chemische Injektionsverfestigung von Böden wird verwendet für:

Verstärkung und Anordnung der Fundamente neu errichteter Gebäude und Bauwerke;

Stärkung der Fundamente bestehender Gebäude und Bauwerke;

Errichtung von Schutzmauern und anderen unterirdischen Bauwerken aus festen Böden als Maßnahmen gegen Bodenbewegungen während des bergmännischen Abbaus;

Installation von Stützmauern und Verstärkung von Böschungen beim Öffnen von Baugruben und anderen offenen Arbeiten;

Förderung Tragfähigkeit Pfähle und andere Stützen;

als vorübergehende Maßnahme beim Ausheben verschiedener unterirdischer Arbeiten in weichen Böden.

Aus chemischer Sicht ist die Grundlage der injektionschemischen Konsolidierung von Böden das Phänomen der Kondensation anorganischer und organischer Polymere (Fixierer) bei ihrer Wechselwirkung mit Koagulationsmitteln (Härtern) und besteht in der Aushärtung von Polymeren in den Poren und Rissen von Böden , was für positive Veränderungen der physikalischen und mechanischen Eigenschaften der zu verfestigenden Böden sorgt.

Die Verfestigung von Böden auf Basis von Natriumsilikatlösungen, unabhängig von den verwendeten Härtern, nennt man Silikatisierung, solche auf Basis von Harnstoffharzen – Verharzung und solche auf Basis von Zementmörteln – Zementierung.

Die Chemikalien in Lösungen oder Gasen, die am Prozess der Bodenverfestigung beteiligt sind, werden als Verfestigungsreagenzien bezeichnet.

Eine Mischung aus Lösungen von Befestigungsmitteln und Härtern in Arbeitskonzentrationen zur chemischen Fixierung von Böden in einer einzigen Lösung wird als gelbildende Mischung bezeichnet.

Aus technologischer Sicht besteht die chemische Injektionsverfestigung darin, unter Druck in die Poren von Böden in ihrem natürlichen Vorkommen verschiedene chemische Reagenzien zu injizieren, die den Boden in Form von zwei getrennt injizierten Lösungen (Zweikomponentenverfahren), einer Lösung ( Einzellösungs-Einkomponentenverfahren), eine Lösung und ein Gas (Zweikomponenten-Gasverfahren), gelbildende Mischungen aus zwei Komponenten (Einlösungs-Zweikomponentenverfahren).

Bei der Verfestigung von Böden unter bestehenden Gebäuden und Bauwerken mit maroden Fundamenten ist als Hilfsmaßnahme gegen ein mögliches Austreten von Verfestigungsreagenzien durch Hohlräume und Risse im Mauerwerk während der Injektion eine Vorzementierung der Fundamente am Kontakt des Sockels mit dem Untergrund vorgesehen (Hilfsmaßnahme). Zementierung).

Zur Bodenverfestigung im Industrie- und Zivilbau kommen speziell entwickelte und bewährte injektionschemische Verfahren zum Einsatz. Jede der Methoden hat ihren eigenen Anwendungsbereich, begrenzt durch die Werte des Filtrationskoeffizienten – für sandige Böden und die Werte des Filtrationskoeffizienten, der Aufnahmefähigkeit und des Feuchtigkeitsgrades – für absinkende Lössböden. Die Auswahl der Befestigungsmethoden für bestimmte Böden erfolgt auf der Grundlage der angegebenen Tabelle unter Berücksichtigung der Partikelgrößenverteilung, Nomenklatur, Filterkoeffizient und anderer Eigenschaften natürlicher Böden sowie konstruktiver Anforderungen an die Festigkeits- und Verformungseigenschaften befestigter Böden .

Um die Effizienz (Festigkeit und Radius) der Bodenverfestigung durch Einlösungsverfahren der Silikatisierung und Verharzung, mit Ausnahme der Silikatisierung absinkender Lössböden, zu erhöhen, empfiehlt sich in vielen Fällen eine chemische Vorbehandlung der Böden mit Härtern . Das Problem der chemischen Vorbehandlung wird durch spezielle Laborforschung und experimentelle Arbeiten unter natürlichen Bedingungen zur chemischen Konsolidierung von Böden gelöst.

Abhängig von den technischen und geologischen Bedingungen, dem Standort der Anlage, dem Umfang der Arbeiten, den Abmessungen usw technische Eigenschaften Ausrüstung, eines der technologischen Schemata für die Arbeitsproduktion wird umgesetzt:

Stärkung der Böden von der Tagesoberfläche aus (abhängig von den örtlichen Gegebenheiten wird die Mörteleinheit im Verlauf der Arbeiten auf der Baustelle bewegt oder im zentralen Teil belassen, die Lösung wird über verlegte Rohrleitungen zur Injektionsstelle zugeführt);

Verstärkung von Böden aus unterirdischen Ausgrabungen in einer Phase oder, im Falle einer ausgedehnten Zone instabiler Böden, in Etappen, wobei sich die Phasen der Verstärkung und des Aushubs abwechseln (Bohr- und Injektionsgeräte werden in der Ortsbrust platziert);

Stärkung von Böden aus unterirdischen Ausgrabungen beim Anbringen von Bohrgeräten in der Ortsbrust, Injektionsgeräten (Mörtelmischen und Pumpen) – an der Tagesoberfläche.

Die Lage der Injektionsbrunnen sollte die erforderliche Kontur und Kontinuität der Bodenverfestigung gewährleisten (der Abstand zwischen Brunnen und Brunnenreihen hängt von den Eigenschaften des zu verstärkenden Bodens und der Durchdringungsfähigkeit der Injektionslösungen ab).

Zusätzliche Brunnen sollten zugewiesen werden, wenn nach der Injektion der Lösung Zonen mit einer Lösungsaufnahme von mehr als dem Zehnfachen der durchschnittlichen Aufnahme für eine bestimmte Reihe von Brunnen, Bereiche mit fehlerhafter Injektion oder Abschnitte von Brunnen, die nicht bis zur vorgesehenen Tiefe gebohrt werden konnten, vorhanden sind Produktionsstandards finden sich in den Brunnen.

Die Ausrüstung für Bodenverfestigungsarbeiten sollte in Abhängigkeit von der Methode der Bodenverfestigung (Injektion, Strahlzementierung), dem Arbeitsvolumen, der Art der Injektionslösung und dem technologischen Schema für deren Herstellung und Injektion ausgewählt werden.

Bohrgeräte müssen je nach Verwendungszweck Schlag-Rotations- und Rotationsmethoden zum Bohren von Bohrlöchern, deren erforderliche Richtung, Bohrtiefe und Durchmesser der Bohrlöcher bereitstellen.

Misch- und Injektionsgeräte, ausgestattet mit Steuer- und Messgeräten, müssen eine gründliche Durchmischung der Lösungskomponenten, den erforderlichen Injektionsdruck, hohe Arbeitsgeschwindigkeiten bei minimalem Arbeitsaufwand usw. gewährleisten Materialkosten, minimale Unordnung auf Baustellen, einfacher Transport, Installation, Demontage und sichere Wartung.

Abhängig von den hydrogeologischen Bedingungen des Standorts und der verwendeten Injektionstechnologie sollten bei der Injektion der Lösung Leiter oder Packer verwendet werden. Bei der Bearbeitung von gebrochenen Böden erfolgt die Injektion der Lösung durch ein Bohrgestänge oder eine Kragensäule, bei der Bearbeitung nichtbindiger Böden durch angetriebene Injektoren, Tamponinjektoren oder Kragensäulen.

Leiter dienen dazu, den Bohrlochkopf zu sichern und abzudichten, eine vorgegebene Richtung des Bohrlochs während des Bohrens sicherzustellen und einen Injektionskopf mit Absperrventilen und Messgeräten am Bohrloch zu installieren.

Packer dienen dazu, das Bohrloch abzudichten (Einzelpacker) oder den für die Injektion vorgesehenen Abschnitt des Bohrlochs zu isolieren (Doppelpacker). Die Sicherung des Packers im Bohrloch erfolgt durch mechanische Kompression oder hydraulische Ausdehnung der am Injektionsstab montierten Gummimanschetten.

In Brunnen installierte Kragensäulen ermöglichen die Verarbeitung nichtbindiger Böden in beliebiger Reihenfolge und in beliebigen Bereichen sowie die mehrfache Injektion von Lösungen unterschiedlicher Art in denselben Brunnen.

Die Bohrlochausrüstung (Leiter, Packer, Kragensäulen, Injektoren, Verhinderer usw.) wird in Abhängigkeit von den ingenieurgeologischen und hydrogeologischen Bedingungen des Objekts und der Methode der Bodeninjektion ausgewählt.

Verfahren zur Bodenverfestigung werden je nach Art der verwendeten Injektionsmaterialien in Zementierung, Silikatisierung und Verharzung unterteilt; entsprechend der Methode zum Einbringen der Lösung in den Boden - konventionelle Injektion und Strahlzementierung.

Bei der Bodenzementierung handelt es sich um das Füllen von Hohlräumen, Rissen und großen Poren in groben Böden mit einer Lösung, die im Laufe der Zeit einen festen Zement oder Zement-Ton-Stein bildet.

Zur Zementierung können Zement-, Zement-Sand- und Zement-Ton-Lösungen verwendet werden. In jedem besonderer Fall Es ist notwendig, sowohl die Zusammensetzung der Lösung als auch ihr Wasser-Zement-Verhältnis (W/Z) auszuwählen, das zwischen 1 und 0,4 variieren kann. Darüber hinaus müssen Injektionslösungen folgende Eigenschaften aufweisen: Lösungsbeweglichkeit entlang des AzNII-Kegels 10–14 cm, Wasserabscheidung innerhalb von 2 Stunden 0–2 %, Druckfestigkeit nach 28 Tagen Aushärtung 1–2 MPa. Die Anfangsdichte solcher Lösungen beträgt in der Regel 1,60–1,85 g/cm3. Alle diese Eigenschaften werden durch das Projekt bestimmt.

Der in der Praxis etablierte Einsatz von Zementmörteln führt nicht zu einem völligen Ausfall der Filtration. Dies ist auf die erhöhte Mahlgröße von Zement zurückzuführen, der derzeit eine Partikelgröße von etwa 50 Mikrometern aufweist, was bedeutet, dass Risse mit einer Größe von 0,2 mm physikalisch nicht zementiert werden können.

Im Gegensatz zur Zementierung kann die Tonisierung zum Füllen von Karsthohlräumen nur in trockenen Gesteinen verwendet werden, die nach dem Einspritzen einer Tonlösung in der Lage sind, daraus Wasser aufzunehmen. In diesem Zusammenhang muss die Tonlösung nach dem Füllen der Hohlräume mehrere Tage lang unter hydraulischem Druck gehalten werden.

Beim Tonen wird eine Tonlösung mit einer Dichte von 1,2–1,3 g/cm3 verwendet.

Durch einen Druckanstieg (mehr als 2 MPa) wird Wasser aus der Tonlösung herausgedrückt, der dehydrierte Tonteig füllt die Hohlräume dicht aus und das Gestein wird wasserdicht.

Die Tonung kann ebenso wie die Zementierung nur bei geringen Grundwasserfließgeschwindigkeiten eingesetzt werden, um eine Verschleppung der Lösung aus der Verdichtungszone zu vermeiden, d. h. in kiesigen und zerklüfteten Böden, in denen der Filtrationskoeffizient zwischen 50 und 5000 m/Tag liegt.

Zementierungsinjektionskonstruktion

Abbildung 1 Technologisches Diagramm des Bodenzementierungsprozesses: 1 - Behälter zum Mischen der Lösung; 2 - Lösungspumpe; 3 - Druckleitung; 4 - Rücklaufleitung; 5 - Einspritzdüsen; 6 - verstärkter Boden

Im Jahr 1931 wurde eine Zwei-Lösungs-Silikatisierungsmethode entwickelt, deren Kern darin bestand, dass eine Lösung von Natriumsilikat (flüssiges Natriumglas) Na2OnSiO2 und eine Lösung von Calciumchlorid CaCl2 abwechselnd durch ein verstopftes Metall in sandigen Boden mit beliebigem Feuchtigkeitsgehalt injiziert wurden perforiertes Rohr (Injektor). Ergebend chemische Reaktion Zwischen ihnen bildet sich in den Poren des Bodens ein Kieselsäure-Hydrogel, das den Boden schnell und fest fixiert.

Das Zwei-Mörtel-Verfahren gewährleistet eine hohe Bodenfestigkeit und nahezu vollständige Wasserundurchlässigkeit. Die Nachteile dieser Methode sind die hohen Kosten und die hohe Arbeitsintensität der Arbeit. Daher wird es hauptsächlich zur Verstärkung von Fundamenten unter Bauwerken eingesetzt. Der feste Boden hat eine Kubikfestigkeit von 1,5...3,5 MPa.

Die Festigkeit befestigter Böden nimmt bei aggressivem Wasser nicht ab.

Um feine und schluffige Sande mit einem Filterkoeffizienten von 0,0006 bis 0,006 cm/s zu fixieren, wird ein Einlösungsverfahren verwendet. Eine gelbildende Lösung aus flüssigem Glas und Phosphorsäure oder flüssigem Glas, Schwefelsäure und Ammoniumsulfat wird in den Boden injiziert. Die erste Formulierung sorgt für eine schnellere Gelierung.

Die Festigkeit des fixierten Bodens ist deutlich geringer als beim Zweimörtelverfahren. Diese Methode wird hauptsächlich bei der Herstellung von Antifiltrationsvorhängen verwendet.

Das Einlösungs-Silizisierungsverfahren wird auch zur Verfestigung von Lösssenkungsböden mit einem Filtrationskoeffizienten von 0,0001 bis 0,0023 cm/s verwendet.

In diesem Fall wird eine Lösung eines flüssigen Glases in den Boden injiziert. Die Gelierung erfolgt durch die Reaktion einer flüssigen Glaslösung mit wasserlöslichen Salzen des Bodens und seines Austauschkomplexes. Die Rolle der zweiten Lösung übernimmt der Boden selbst.

Es wird nicht empfohlen, die Silikatisierung zur Konsolidierung von Böden zu verwenden, die mit Erdölprodukten, Harzen und Ölen imprägniert sind, wenn das Grundwasser einen pH-Wert von > 9 mit der Zwei-Lösungs-Methode und bei einem pH-Wert von > 7,2 mit der Ein-Lösungs-Methode aufweist der Silikatisierung von Fein- und Schluffsanden.

Es ist nicht ratsam, Böden zu silizieren, wenn die Grundwassergeschwindigkeit 0,006 cm/s übersteigt.

Abbildung 2 Technologisches Diagramm des Silikatisierungsprozesses der Bodenbasis: 1 - Pumpe zum Pumpen von Wasser aus der Kathode; 2 - Kopfstütze; 3 - Brustwarze; 4- Gleichstromgenerator (zur Elektrosilikatisierung); 5 - Tank mit Lösung; 6 - Druckluftflasche (Kompressor); 7 - perforierter Teil des Injektors; 8 - Injektorspitze; 9 - zusätzlicher Injektor (zur Elektrosilikatisierung)

Bei der Silikatisierung von absinkenden Lössböden mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 16–20 % kann die Injektion einer Silikatlösung mit einer Dichte von 1,13–1,20 g/cm3 durch Eintreiben von Injektoren oder durch die Wände von Bohrbrunnen erfolgen. Dazu wird mit einem TsGB-50-Bohrgerät ein Loch gebohrt, dessen Tiefe der Länge des ersten Eintrags entspricht. Die Länge des Schachts beträgt in der Praxis 2-3 m. Anschließend wird im oberen Bereich des Schachts ein aufblasbarer Tampon installiert, durch den die Lösung über einen Schlauch von der Pumpe in den Boden injiziert wird. Dann wird der Tupfer aus dem Bohrloch entfernt und es wird auf die Länge des nächsten Stopps gebohrt. Dies wiederholt sich über die gesamte Tiefe des Senkungslösses.

Bei der chemischen Verfestigung von Sandböden in einer Tiefe von 50–150 m erfolgt die Injektion chemischer Lösungen durch Lippeninjektoren, die in ein unter dem Schutz einer Tonlösung gebohrtes Bohrloch mit einem Durchmesser von 120–150 mm abgesenkt werden. Der Brunnen wird bis zur gesamten Tiefe der zu befestigenden Zone gebohrt, dann wird ein Injektor mit Gummimanschetten, die seine Löcher abdecken, in den mit Tonlösung gefüllten Brunnen eingetaucht (wodurch seine Wände nicht befestigt werden müssen). Anschließend wird mit einem Tampon eine Zement-Ton-Lösung durch die untere Manschette injiziert, die den Spalt zwischen Injektor und Bohrlochwand füllt. Mit dieser Option können Sie die Fixierlösung anschließend in einen beliebigen Bereich des Injektors injizieren. Mit einem Lippeninjektor kann der Boden unter bestehenden Gebäuden verfestigt werden, indem er aus einem speziell vorbereiteten Graben herausgepresst wird.

Somit ermöglicht der Einsatz von Injektoren unterschiedlicher Bauart, chemische Lösungen bis zur erforderlichen Tiefe zu injizieren.

Harze, die zur Bodenverfestigung eingesetzt werden können, müssen eine niedrige Viskosität aufweisen und bei einer Temperatur von 4 bis 10 °C in den Poren des Bodens polymerisieren. Zu diesen Harzen gehören:

Harnstoff-Formaldehyd (Harnstoff), der durch Polykondensation von Harnstoff und Formaldehyd entsteht;

phenolisch, entsteht durch Polykondensation von Phenolen und Aldehyden;

Furan, gebildet durch Kondensation von Furfural und Furylalkohol; Acryl – Derivate der Acrylsäure;

Epoxidharz, gewonnen durch Kondensation von Epichlorhydrin (oder Dichlorhydrin) mit Polyaminen, Phenolen, Polyalkoholen und anderen Verbindungen.

Zur Verfestigung von Böden ist nach allen Kriterien Harnstoff-Formaldehyd-Harz (Harnstoff) mit verschiedenen Härtern am besten geeignet. Dieses Harz ist in Wasser leicht löslich, hat eine niedrige Viskosität, härtet bei niedrigen Temperaturen aus und wird vor allem von der heimischen Industrie in Form von Klebstoffen in großem Maßstab hergestellt und ist für seinen Preis für den breiten Einsatz bei der Bodenverfestigung durchaus erschwinglich .

Der Kern der Methode besteht darin, eine gelbildende Lösung in den Boden zu injizieren, die aus einer Harzlösung und einem Härter in Form von Salz- oder Oxalsäure besteht. Die Methode sorgt für eine starke Fixierung und macht den Boden wasserdicht. Darüber hinaus können Sie mit der Methode Karbonatböden verfestigen. Bei hohem Karbonatgehalt (bis zu 3 %) wird der Boden mit einer Säurelösung in einem Volumen vorbehandelt, das dem Volumen der gelbildenden Lösung entspricht.

Abbildung 3 Technologisches Diagramm des Bodenverharzungsprozesses: 1 - Injektor; 2 - Arbeitsschlauch; 3 - Manometer; 4 - Arbeitstank; 5 - Korkschlauch; 6 - Kompressor oder Druckluftflasche

Bodenzementierung

Die Zement-Boden-Technologie basiert auf dem Mischen von Zement und natürlichem Boden zu einem homogenen Zustand bei einem bestimmten Wassergehalt und einer bestimmten Verdichtung, um dem verstärkten Boden bestimmte Eigenschaften zu verleihen: Festigkeit, Stabilität, Frostbeständigkeit usw. .

Zum ersten Mal in Russland wurde Zement zur Bodenverfestigung für den Bau von Gartenwegen eingesetzt. Nach der Revolution wurden 1927 auf Versuchsgleisen des Leningrader Straßenforschungsbüros die ersten Versuche zur Bodenverfestigung mit Portlandzement durchgeführt.

Laborstudien zur Bodenverfestigung mit Zement wurden auch von CIAT und DorNII durchgeführt. Positive Resultate Die Forschung ermöglichte es, den Boden mit Zement unter Asphaltbetondecken auf den Zufahrtsstraßen zum Gelände der All-Union-Landwirtschaftsausstellung zu verstärken. In der Nachkriegszeit begann der flächendeckende Einsatz von Zementböden im Straßen- und Flugplatzbau. Anstelle von Schotter- und Sandschichten wurden auf den Autobahnen Moskau-Charkow (1946-1949), Moskau-Leningrad (1949), Moskau-Rjasan (1950) usw. Zement-Erde-Fundamente verwendet. Die Werke von V. M. Bezruk, der als Ergebnis langjähriger Forschung theoretische und praktische Empfehlungen Bodenverstärkung mit Zementen. Wie Bezruk feststellt, wird die Wirksamkeit der Bodenverfestigung mit Zement ausschließlich von beeinflusst wichtiger Einfluss chemische und mineralogische Zusammensetzung von Zementen, Entstehung, Zusammensetzung und Eigenschaften von Böden, insbesondere deren Population und Zusammensetzung austauschbarer Kationen. Das Einbringen bestimmter Substanzen in Zement-Boden-Mischungen (z. B. Seifennaphtha, Saapstock usw.), die hydrophobe und andere Substanzen bilden, die die Poren mit den Produkten der Zementhydrolyse füllen, kann in einigen Fällen zu einer erhöhten Wasserdurchlässigkeit führen. Seit den 80er Jahren des letzten Jahrhunderts wird erfolgreich daran gearbeitet, Böden mit Zementen nach einem integrierten Verfahren zu verstärken, das eine gezielte Einflussnahme auf die Prozesse der Bodenzementierung ermöglicht. Aber mehr dazu weiter unten.

Auch im Ausland begannen sich in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts Zement-Boden-Technologien zu entwickeln. In den 1920er Jahren wurden in den Vereinigten Staaten Zementböden zur Herstellung von Oberflächen für Landstraßen verwendet. Nach dem Zweiten Weltkrieg verbreitete sich diese Methode in England, Belgien, Holland und anderen Ländern. europäische Länder. So wurden in Holland seit 1956 zig Millionen Quadratmeter Boden gestärkt. Fast überall war es sandig und deshalb wurde diese Technologie Sand-Zement-Technologie genannt. In den 80er Jahren des letzten Jahrhunderts wurden in Deutschland jährlich etwa 1 Million Tonnen Zement für die Sandstabilisierung im Norden des Landes (Hamburger Hafenanlagen, Lagerflächen) und beim Bau von Landstraßen aufgewendet. In Frankreich begann der Einsatz dieser Technologie dank der Aktivität von Zementunternehmen im Jahr 1972.

In den meisten ausländischen Veröffentlichungen wird darauf hingewiesen, dass die Verstärkung von Böden mit Zement oder einer Mischung aus Zement und Kalk zur Abdeckung von Landstraßen anstelle einer mechanisch verdichteten Steinschüttung eine sehr wirtschaftliche Lösung zu sein scheint. Neben Landstraßen können Zementböden auch für den Bau von Abdeckungen für Lagerflächen, Parkplätze, Eisenbahnfundamente, Kanäle, Fundamente bestimmter Gebäudetypen sowie Böden für den Bau großer Erddämme verwendet werden. Offenbar ist die Zement-Boden-Arbeitstechnologie für Straßenbauunternehmen und Leser des Magazins von großem Interesse.

Versuchen wir, dieses Problem kurz zu behandeln.

Vor Beginn der Arbeiten zur Bodenverfestigung ist eine Voranalyse im Labor und anschließend während der Arbeiten eine ständige Überwachung erforderlich. Böden unterscheiden sich hauptsächlich in ihrer Beschaffenheit, Korngröße und ihrem Wassergehalt.

Der Boden kann mehr oder weniger bindig sein und Lehm und Ton in unterschiedlichen Anteilen enthalten.

Bei hohem Tongehalt kommt die sogenannte Mischfestigung zum Einsatz, bei der dem Boden zunächst Kalk (2-5 %) zugesetzt wird, um die Flockung und letztlich die Krümelung des Bodens bei der Durchfahrt zu verbessern. Böden, die Sulfate enthalten (mehr als 1 %), können gefährlich sein, da das Sulfat mit dem Zement reagiert. In diesem Fall muss entweder Zement mit einem geringen Gehalt an Tricalciumaluminat (Zement für Schiffsarbeiten) oder Zement mit einem hohen Gehalt an mineralischen Zusätzen (Flugasche, Hochofenschlacke, Puzzolane) verwendet werden. Besondere Vorsicht ist geboten, wenn nasser oder wassergesättigter Boden nach einem Regen teilweise entwässert wird. Dies geschieht mit Branntkalk oder durch Belüften des Bodens mit einem „Reißer“.

Böden, die Sulfate (mehr als 1 %) enthalten, können gefährlich sein, da das Sulfat mit Zement reagiert

Typischerweise werden Bodentests durchgeführt, um die Haupteigenschaften des Bodens zu bestimmen: Streckgrenze, Plastizitätsgrenze, Kornkurve usw.; Stellen Sie den optimalen Wasser- und Zementverbrauch fest. Der Zementverbrauch kann je nach Boden zwischen 4 und 12 % variieren. Am häufigsten sind es 6-20 %. Zum Beispiel in der Tabelle. 2 liefert Daten aus Regulierungsdokumente Deutschland.

Tabelle 2. Zementverbrauch in Abhängigkeit von der Bodenbeschaffenheit

Beschaffenheit des Bodens	Zementverbrauch
Beschaffenheit des Bodens	% trockener Boden	kg/m 3 verdichteter Untergrund
Kies-Sand	4-7	80-120
Lehmiger Sand	6-10	120-160
Mit einer Partikelreihe schleifen	8-12	150-200
Lehm	7-12	120-200
Ton	10-16	180-240

Bei der Verstärkung von plastischem Lehm wird eine Mischung aus Kalk (2-3 %) und Zement verwendet. Darüber hinaus werden Gefriertests für Kunststoffböden durchgeführt. Bei der Abdeckung von Landstraßen mit Zementboden werden die Arbeiten in mehreren Schritten durchgeführt.

Bühne 1. Einebnung und Reinigung des Bodens zur Entfernung organischer Stoffe (Rasen, Gras, Wurzeln usw.) und anschließende Einebnung. Wenn der Boden zu trocken ist, wird er angefeuchtet, um den Inhalt auszugleichen und eine gleichmäßige Zusammensetzung zu erreichen. Die Verteilung von Zement und Kalk auf der Oberfläche erfolgt mit geringem Handarbeitsaufwand oder mit Hilfe eines Klappmechanismus – einem „Verteiler“ des Bindemittels.

Stufe 2. Mischen. Das Mischen des Bodens mit dem Bindemittel erfolgt in mehreren aufeinanderfolgenden Durchgängen der Maschine (4-6 Mal, bis eine homogene Mischung entsteht) (Abb. 1). Eine solche Maschine ist mit horizontalen Scheiben oder horizontalen oder vertikalen Messern ausgestattet. Typischerweise beträgt die Dicke der Zement-Boden-Schicht 15–35 cm.

Stufe 3. Profilierung und Verdichtung. Die Profilierung der Leinwand erfolgt mit Motorgradern. Anschließend wird der Boden mit mehreren Übergängen einer Pneumatik- oder Vibrationswalze verdichtet. Der Verdichtungsgrad muss mindestens 90 % des im Labor an der Probe erzielten Verdichtungsgrads erreichen. Nach der Verdichtung des Zementbodens mit einer Walze beginnt die endgültige Planung des Straßenbelags.

Stufe 4. Der letzte Schritt besteht darin, die Straßenoberfläche mit Kunststofffolie oder anderem Abdeckmaterial zu schützen und anschließend mit einer Sandschicht abzudecken. Ein solcher Schutz ist notwendig, um die Verdunstung von Wasser aus dem behandelten Boden zu verhindern und darüber hinaus die Straßenoberfläche vor Regen zu schützen. Etwa die gleiche Technologie wird zur Verstärkung der Fundamente bestimmter Autobahntypen eingesetzt. Nur in diesem Fall wird der geebnete und geebnete Boden mit Sand vermischt.

Bei der Sanierung von Gebäuden und der Errichtung neuer Bauwerke tritt häufig das Problem schwacher Böden auf. Ein solches Fundament hält den Belastungen durch das Gebäude möglicherweise nicht stand. In diesem Artikel werden verschiedene Methoden zur Stärkung besprochen.

Der Boden ist eine Schicht, die die Summe aller Lasten aus dem Bauwerk aufnimmt. Herkömmlicherweise können alle Böden in stabil und instabil unterteilt werden. Stabil – dicht und trocken genug, um Belastungen durch ein Fundament oder eine Straße ohne besondere Vorbereitung standzuhalten. Instabil erfordert vorläufige Entwässerungs- und Verdichtungsarbeiten.

Mechanische Methode

Dies beinhaltet das Einbringen einzelner hochfester Produkte (Pfähle) oder Materialien (Erde, Schotter) sowie eine Verdichtung ohne Veränderung der Struktur (Stampfen/Vibrieren).

Verstärkung mit Stahlbetonpfählen

Die Idee ist, dass ein langer Haufen durch eine Schicht schwachen Bodens geht und auf einer dichteren Schicht ruht. Die Last wird vertikal entlang des Pfahls übertragen. Es wird auch durch die Reibung des Bodens an der Oberfläche des Pfahls an Ort und Stelle gehalten. Je nach Rammverfahren können die Pfähle als Ortbetonpfähle (mit oder ohne Vorbohren in den Boden gerammt), als Bohrpfähle (flüssiger Beton wird in ein im Boden versenktes Mantelrohr gegossen) und als Prägepfähle (mit einem speziellen Vortriebsvortrieb gerammt) eingesetzt werden Maschine). Das Verfahren erfordert den Einsatz sperriger und teurer Geräte sowie eine große Baustelle.

Erdhaufen

Eine vorbereitete Mischung aus granulometrischem Füllstoff verschiedener Fraktionen wird in ein vorgebohrtes Loch gegossen. Es wird schichtweise verdichtet. Die Wirkung ist vergleichbar mit Stahlbetonpfählen, jedoch deutlich günstiger und umweltfreundlicher.

Bau von Bodenpolstern, Verdichtung/Vibration, Bodenaustausch

Wird mit einer relativ geringen erforderlichen Schichtdicke spezifizierter Eigenschaften verwendet. Das Stampfen erfolgt mit Walzen (Nocken- und Glattwalzen), Vibrationsplatten und anderen Geräten mit oder ohne Vibration. Staubiger Sand wird mit Wasser verdichtet. Das Verfahren eignet sich optimal für den Bau von Flugplätzen, Straßen und anderen Großflächen. Wenn die Methode nicht anwendbar ist, wird die schwache Bodenschicht entfernt und durch eine stärkere ersetzt.

Zementierung und Injektionen

Das Wesentliche besteht darin, dem Boden durch die Zugabe von Zement zu seiner Zusammensetzung die gewünschten Eigenschaften zu verleihen.

Mechanisches Mischen von Erde mit Zement-Sand-Mörtel(Zementierung)

Es wird ein spezieller Schlangenbohrer mit einem Hohlstab verwendet, der über die gesamte Länge Löcher aufweist. Durch sie wird gleichzeitig mit dem Betrieb der Schnecke Zementmörtel zugeführt und mit dem Boden vermischt. Die Methode ist relativ günstig und bewährt. Wird hauptsächlich in feuchten Böden verwendet.

Düsenstrahlverfahren

Unabhängig davon ist die moderne Herangehensweise an die Klassiker hervorzuheben: die Jet-Zementierung. Der Zementmörtel wird unter sehr hohem Druck durch ein Rohr gefördert, wobei er gleichzeitig die Injektionsstelle durchbricht und sich mit dem Boden vermischt. Erfordert den Einsatz spezieller Ausrüstung.

Maschinen- und Strahlinjektionen eignen sich gut, um Böden, auf denen bereits Gebäude stehen, auch bei beengten Verhältnissen zu festigen. Hierzu werden kompakte Injektionsanlagen (sog. „Jet Piles“) eingesetzt. Sie können sowohl vertikal als auch schräg eingesetzt werden. Die Arbeiten gehen schnell, relativ geräuschlos vonstatten und sind für Stadtstraßen geeignet.

Bodenverfestigung entlang einer Ebene (Straßenbau)

Beim Bau von durchgehenden Belägen kommen kombinierte Methoden der Bodenverfestigung zum Einsatz. Aufgrund ihrer Ausdehnung über das Gelände können solche Objekte erhebliche Flächen abdecken und dementsprechend eine unterschiedliche Zusammensetzung der Basis aufweisen. Die folgenden Methoden werden immer in Kombination mit einer mechanischen Verstärkung eingesetzt.

Mischung mit Naturgranulat

Änderung der Eigenschaften durch Zugabe von granulometrischen oder anderen Füllstoffen. Je nach Beschaffenheit des Bodens werden zur Stabilisierung unterschiedliche natürliche Materialien eingesetzt: Schotter, Kies, Sand, Ton, Lehm. Die Methode ist relativ günstig und umweltfreundlich und kommt ohne chemische Komponenten aus. Das Mischen erfolgt in einem speziellen Schneckentrichter.

Mischen mit mineralischen Bindemitteln

Das Kalken ist eine seit der Antike bekannte Methode. Reduziert die Plastizität und Klebrigkeit von Lehmböden und macht sie widerstandsfähiger gegen Durchnässen. Der Nachteil ist die geringe Frostbeständigkeit. Wird zur Vorbereitung der unteren (unteren) Straßenschichten verwendet.

Mischen von Erde mit organischen Bindemitteln

Das Prinzip unterscheidet sich nicht von den oben beschriebenen. Als Zusatzstoffe werden verschiedene Harze, Bitumen, Teere, feste und flüssige Emulsionen verwendet. Auch die Wirkung und der Umfang sind ungefähr gleich. Unter den Merkmalen sind die hohen Kosten für organisches Material (oder seinen synthetischen Ersatz) und die Aggressivität dieser Komponenten gegenüber der natürlichen Umwelt hervorzuheben. Daher wird diese Methode heute praktisch nicht mehr verwendet.

Von den drei beschriebenen Technologien können Sie die ersten beiden unabhängig voneinander in der Praxis anwenden. Leicht verfügbare und relativ kostengünstige Komponenten sowie grundlegende Mischtechnik machen sie heute gefragt. Es ist durchaus möglich, einen Abschnitt einer unbefestigten Straße oder eines Hofbereichs mit einem herkömmlichen Motorgrubber zu stärken.

Bodenentwässerung

Einer der Hauptfaktoren für Bodenschwäche ist das Vorhandensein von Wasser in seiner Zusammensetzung. Die Entfernung von Feuchtigkeit führt zu einer erheblichen Verdichtung und Beseitigung der Fließfähigkeit.

Hitzefixierung oder Brennen

Wirksam für tonhaltige Böden. In das Bohrloch wird ein perforiertes Rohr aus hitzebeständigem Stahl eingetaucht. Anschließend werden erhitzte Gase (Heißluft) zugeführt. Überschüssige Feuchtigkeit verdunstet und es entsteht ein Backeffekt im Ton. Die Besonderheit dieser Methode: Zum Erhitzen der Gase können Sie lokale Brennstoffe verwenden: Kohle, Brennholz.

Chemische Methode – Boden mit chemischen Lösungen mischen

Die häufigste davon ist die Silikatisierung (Silikatisierung). Eine sehr „breite“ Methode besteht darin, der Bodenzusammensetzung flüssiges Glas und seine Lösungen hinzuzufügen. Es wird durch vorverlegte Rohre gepumpt, die dann entfernt werden. Durch diese Vorbereitung versteinert der Boden. Nachteile - gleich geringe Frostbeständigkeit, schnelle Aushärtung des Materials, begrenzter Anwendungsbereich. Abhängig von der Zusammensetzung des Bodens selbst werden die chemischen Reagenzien für die Lösung für die Arbeit ausgewählt.

Elektrische Methode

Dabei wird das Phänomen der Elektroosmose genutzt. Es gibt eine Bewegung des Wassers von „Plus“ nach „Minus“. Wirksam bei der Austrocknung des Bodens.

Elektrochemische Methode

Die Verwendung von Elektroosmose unter Zugabe chemischer Lösungen zu vorberechneten Bereichen des Feldes. Dies geschieht, um den Wasserdurchgang durch die Schichten zu erleichtern und der Bewegung die gewünschte Richtung zu geben. Ein energieintensiver Prozess, der einen erheblichen Energieverbrauch erfordert.

Mit ausreichendem Wissensstand und Verfügbarkeit notwendige Elemente, Elektroosmose kann zu Hause zusammengebaut werden. Detaillierte Anleitung Montageanleitungen sind in technischen Fachbüchern enthalten. Elektroosmose wird auch als dauerhaftes Entwässerungssystem für Fundamente eingesetzt.

Verstärkung

Beim Bau von Böschungen, der Gestaltung von Ufern und der Gestaltung von Landschaften kommt häufig eine moderne Methode zum Einsatz: die Verstärkung mit Polymerstrukturelementen. Es ist sowohl auf ebenen horizontalen Flächen (Straßen, Fußwege) als auch bei Gefälle wirksam.

Geogitter

Dabei handelt es sich in der Regel um eine dreidimensionale Struktur bestehend aus Polymer-Lochbändern. Sehr langlebige Wabenkonstruktion ermöglicht Bewegung in allen Ebenen. Feine Gesteinskörnungen oder lokale Erde werden einfach in die Waben geschüttet. Erfordert keine Verdichtung; die Verdichtung erfolgt durch Eingießen von Wasser. Schichtdicke 10–25 cm.

Goetekstil

Wird bei der Herstellung mehrschichtiger Präparate verwendet. Dieses mehrschichtige Polymergewebe ist im Wesentlichen ein hochfester Filter. Es lässt Wasser durch, lässt aber keine Vermischung der Schichten zu. Gleichzeitig verteilt es dank seiner hohen Festigkeit die Last zwischen den Schichten. Anwendungsbereich: Straßenbau, Landwirtschaft und Stadtmanagement.

Geogitter

Widersteht Zugbelastungen. Es wird selten in Böden verwendet; es wird als dünne Schichtbewehrung und in Kombination mit anderen Polymermaterialien verwendet.

Aussaat mit Gras

Eine dekorative Möglichkeit, Hänge vor dem Abbröckeln zu schützen (Steilheit nicht mehr als 1:1,5). Die Grasaussaat erfolgt auf mechanisch verdichteten, nicht überfluteten Böschungen. Verhindert Auswaschungen und Erosion.

Auf einem Privatgrundstück gibt es keinen Preis für Verstärkungselemente. Mit ihrer Hilfe wird es möglich, die fantastischsten Landschaftsgestaltungen zu schaffen. Sie ermöglichen auch die Schaffung (importierter) fruchtbarer Schichten für Pflanzen.

Vitaly Dolbinov, rmnt.ru

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Unter Bodenverfestigung versteht man eine Reihe von Maßnahmen zur Erhöhung ihrer mechanischen Festigkeit und Wasserbeständigkeit. Unter chemischer Bodenverfestigung versteht man die künstliche Umwandlung von Böden durch chemische Behandlung mit verschiedenen Reagenzien. Gleichzeitig kommt es zu Wechselwirkungsreaktionen der Reagenzien untereinander und mit den Bestandteilen des Bodens, die die Dauerhaftigkeit der dadurch erworbenen Baueigenschaften (Festigkeit, Wasserbeständigkeit usw.) gewährleisten.

Der Prozess der Bodenverfestigung umfasst eine Reihe technologischer Vorgänge (Zerkleinern, Mischen, Dosieren von Bindemitteln, Befeuchten, Bereiten von Lösungen, Injektion, Verdichten), die durch den aktiven Einfluss von Bindemitteln und anderen Stoffen auf den Boden eine hohe Dichte gewährleisten. Festigkeit und Langzeitstabilität des gefestigten Bodens sowohl im trockenen als auch im wassergesättigten Zustand.

Bei der Entwicklung von Methoden zur Bodenverfestigung geht es vor allem darum, einen neuen Baustoff mit vorgegebenen strukturellen und mechanischen Eigenschaften zu erhalten.

Die Wahl der Methode zur Bodenverfestigung hängt von den baulichen oder ingenieurtechnischen Aufgaben ab, die den geeigneten Einsatzbereich des verstärkten Bodens bestimmen: Straßen- und Flugplatzbau; Grundbau; Bergbauingenieurswesen; Wasserbau; Sicherheit Umfeld.

Im Straßenbau werden Bindemittel zur Bodenverfestigung bei der Gründung von Straßen und der Verstärkung von Straßenrändern eingesetzt.

Die Besonderheit von Autobahnen und Flugplätzen ist ihre große Abhängigkeit von den klimatischen, bodenbezogenen und hydrogeologischen Bedingungen des Gebietes. Die Besonderheit des Bauwesens ist die Verwendung einer großen Menge verschiedener Steinmaterialien – Sand, Schotter usw. Um die Kosten für Straßen- und Flugplatzbeläge in vielen Gebieten zu senken, werden anstelle von Steinmaterialien lokale Böden, Abfälle oder Nebenprodukte verwendet Industriebetriebe eingesetzt werden. Der Einsatz solcher Materialien erfordert in der Regel deren Verstärkung mit Hilfe von Bindemitteln, beispielsweise Portlandzement, Portlandhüttenzement, Kalk, Flüssigglas und Bitumen. Als Straßenbelagsbestandteile werden Industrieabfälle wie Brennstoffaschen und -schlacken, Hochofen- und Hüttenschlacken, Tonerdeproduktionsschlämme usw. verwendet.

Im Fundamentbau löst die chemische Bodenverfestigung mit Bindemitteln folgende Probleme:
Bau von Industrie- und Zivilbauten auf absinkenden und anschwellenden Böden, die in der Russischen Föderation weit verbreitet sind;
Verstärkung der Fundamente unter bestehenden Bauwerken (dieser Vorgang wird ohne Unterbrechung des Betriebs des Bauwerks selbst durchgeführt);
Erhöhung der Tragfähigkeit von Pfählen und Stützen mit großem Durchmesser mit anschließender Verfestigung des Bodens unter ihrer Oberfläche.

Im Bergbau wird die Bodenverfestigung beim Ausheben von Grubenbauen unter schwierigen bergbaulichen und geologischen Verhältnissen anstelle der aufwendigen Sicherung durch Bauwerke sowie beim Öffnen von Baugruben in wassergesättigten Böden eingesetzt.

Im Wasserbau werden durch Bodenverfestigung dichte Siebe in Schwemmböden geschaffen, auf denen hohe Erd- und Steinschüttdämme errichtet werden können (z. B. wurde an der Basis eine dichte Siebanlage aus 2 Mio. m3 Erde angelegt). Assuan-Staudamm).

Methoden der chemischen Bodenverfestigung schützen Betonfundamente vor den schädlichen Auswirkungen aggressiven Grundwassers und Industrieabwassers. Um dies zu erreichen, werden Versickerungsvorhänge durch das Einspritzen von Härtungschemikalien in den Boden sowie durch das Einbringen spezieller Korrosionsschutzzusätze während des Verfüllprozesses in den Boden erzeugt.

Die Bodenverfestigung hat eine wichtige wirtschaftliche Bedeutung bei der Lösung von Umweltproblemen erlangt, insbesondere beim Bau und Betrieb verschiedener Bauwerke zur Lagerung von Industrieabfällen und Zwischenprodukten, die eine Gefahr für Natur und Mensch darstellen. Solche Abfälle und Produkte können fein und trocken sein. In diesem Fall besteht eine der technischen Aufgaben darin, ihre Verbreitung durch Staub in der Umgebung zu verhindern. Handelt es sich bei dem Abfall um eine feuchte Suspension (insbesondere wenn er wasserlösliche Verbindungen enthält), kann durch die Stärkung des Bodens ein undurchlässiger Schirm geschaffen werden, der die Ausbreitung schädlicher Substanzen beim Filtern durch den Boden verhindert.

Verfestigungsfähige Böden werden entsprechend ihrer granulometrischen Zusammensetzung in zwei Gruppen eingeteilt:
1. Grob- und feinkörnige Lockerböden (Gesteine) unter Einbeziehung einer erheblichen Menge körniger Fraktionen, die ein separat tragendes körniges Gerüst mit maximaler Verdichtung bilden und aufrechterhalten. Dieser Rahmen weist aufgrund der hohen inneren Reibung und der guten Haftung zwischen den Partikeln eine ausreichende Stabilität auf. Solche Rahmenmischungen können effektiv monolithisch sein und ihnen eine hohe Festigkeit, Scherfestigkeit und Wasserbeständigkeit verleihen, indem Bindemittel (Portlandzement, Bitumen, Kalk oder eine Kombination anderer Substanzen) und kleine Fraktionen eingebracht werden, die die Hohlräume zwischen großen und haltbaren Partikeln (normalerweise) füllen Feldkörner), Spat und Quarz oder Gesteinsbruchstücke).
2. Lehme und Tone, also bindige Böden ohne körniges Traggerüst; Sandige Lehmböden nehmen eine Zwischenstellung ein. Diese Bodengruppe zeichnet sich durch Kohäsion aus; ihr fehlt ein Gerüst aus starken und großen Partikeln, sie weisen jedoch eine hohe physikalisch-chemische und chemische Aktivität auf.

Jede dieser Gruppen kann in ihrer petrographischen, mineralogischen, chemischen Zusammensetzung und anderen Eigenschaften stark variieren.

In der Technologie der chemischen Bodenverfestigung gibt es zwei Hauptrichtungen:
Injektionsverstärkung, durchgeführt durch Injektion von Chemikalien- und Zementierungslösungen in den Boden mittels Injektoren oder in Brunnen (Verharzung, Silikatisierung, Zementierung). Dabei werden Reagenzien in Form von Lösungen oder Gasen unter den Bedingungen ihres natürlichen Vorkommens (ohne Störung der Bodenstruktur) durch Injektion unter Druck in den Boden eingebracht;
Bohrmischverstärkung, einschließlich der Entwicklung und Vermischung von Boden mit Zement oder Zement sowie Zement-Sand- und Zement-Ton-Lösungen in Brunnen. Bei dieser Verfestigungsmethode wird die natürliche Struktur des Bodens durch die mechanische Vermischung mit Zement oder anderen Bindemitteln mit Zusatzstoffen gestört. Die Vermischung des Bodens mit dem Bindemittel erfolgt über spezielle Mechanismen.

Die Injektionsverfestigung wird bei Böden eingesetzt, die sich durch eine gewisse Wasserdurchlässigkeit auszeichnen (sandiger, grobkörniger, gebrochener Fels usw.). Eine chemische Bodenverfestigung durch Injektion ist bei einem hohen Gehalt an Erdölprodukten im Boden, hohem Salzgehalt und auch bei Grundwasserfiltrationsraten über 5 m/Tag nicht möglich.

Die Bohrmischbewehrung ist für alle Gesteine anwendbar, die kein Gestein sind. Alle Böden, auch lehmige, unabhängig von ihrer Wasserdurchlässigkeit.

Manchmal unterscheiden sie auch:
Oberflächenverstärkung – Einführung anorganischer (Zement, Kalk usw.) und organischer (Bitumen, Teer) Bindemittel, synthetischer hochmolekularer Harze, komplexe Verstärkung mit Bindemitteln und anderen Reagenzien;
Tiefenfestigung – Einbringen anorganischer Bindemittel oder Lösungen, synthetischer hochmolekularer Harze, Injektion von Ton- und Zementsuspensionen, chemischen Lösungen oder niedrigviskosen Solen, Einfrieren, thermische Festigung;
Wasser- und gasdicht machen – Einbringen anorganischer oder organischer Stoffe und Lösungen, aufwendige Verfahren.

Bestehende Methoden der Bodenverfestigung lassen sich unter dem Gesichtspunkt der Verwendung verschiedener Bindemittel in mehrere Klassen einteilen:
1. Bodenverfestigung mit Portlandzement oder seinen Analoga (Belit, Sinterschlamm usw.).
2. Böden mit Kalk stärken.
3. Bodenverfestigung mit Alkali-Silikat-Lösungen unterschiedlicher Zusammensetzung.
4. Stärkung des Bodens mit Säuren und Salzen unterschiedlicher Zusammensetzung.
5. Bodenverfestigung mit Abfällen aus der petrochemischen Produktion (Bitumen, Bitumenemulsionen).
6. Bodenverfestigung mit synthetischen hochmolekularen Verbindungen (Furfural- und Harnstoffharze, Resorcin-Formaldehyd- und Calciumacrylatharze, Polyvinylalkohol usw.).
7. Gemischte Methoden – Bodenverstärkung, zum Beispiel mit Lösungen aus Natriumsilikat und Schwefelsäure, silikatorganischen Lösungen usw.

Die Stärkung von Böden bei Verwendung von Zusammensetzungen auf Basis von Natriumsilikatlösungen als Bindemittel wird als Bodensilikatisierung bezeichnet, bei Verwendung von Harnstoffharzen als Bindemittel als Verharzung und von Zementmörteln als Bodenzementierung.

Bei der Festigung von Böden mit verschiedenen Bindemitteln finden chemische Prozesse statt, darunter: Hydratation von Zementkörnern, Aushärtung von Hydratationsprodukten und deren Neubildungen, die bei der chemischen Wechselwirkung von Bindemitteln mit dem fein verteilten Teil des Bodens entstehen; Polymerisation und Polykondensation niedermolekularer Verbindungen; chemische Wechselwirkung mit aktiven Reagenzien, die in der Härtungszusammensetzung enthalten sind.

Zu den physikalisch-chemischen Prozessen bei der Bodenverfestigung gehört die Austauschaufnahme von Hydrolyse- und Hydratationsprodukten von Zementmineralien (z. B. Ca(OH)2) durch einen fein verteilten Teil des Bodens oder andere kationische oder anionische Substanzen. In diesem Fall kann es auch zu einer molekularen Adsorption von Stoffen aus Lösungen an der Grenzfläche, zur Koagulation von Ton und kolloidalen Stoffen, zu deren Mikroaggregation und Zementierung kommen.

Bei der Bodenverfestigung werden Bodenpartikel und Zuschlagstoffe zerkleinert, mit Zement, Bitumen, Kalk oder anderen Bindemitteln und Reagenzien homogenisiert, die fertige Bodenmischung angefeuchtet und verdichtet, gefolgt von einer langfristigen Nass- oder sonstigen Härtung. Diese verschiedenen komplexen Prozesse sind eng miteinander verbunden und überlappen sich im Laufe der Zeit. So kommt es bei der Festigung feiner Böden zu physikochemischen Wechselwirkungen, die sowohl durch die Wechselwirkung des Bindemittels mit den Bodenbestandteilen als auch durch die eigene Aushärtung des Bindemittels (Bildung von Zementkleber) zur Entstehung von Neubildungen führen.

Die Wahl der Bodenverfestigungsmethode wird von der Art des technischen Problems, der mineralogischen, granulometrischen, chemischen Zusammensetzung des Bodens, den Wetter- und geologischen Bedingungen sowie der Wirtschaftlichkeit einer bestimmten Methode beeinflusst.

Die gebräuchlichste Methode zur Bodenverfestigung ist die Verwendung von Portlandzement und Portlandhüttenzement mit Zusätzen, die den Aushärtungsprozess des Zementbodens regulieren (Kalziumchlorid, Kalk, Alkalisalze, Tenside). Die Hauptprozesse bei der Bildung von Zementboden hängen von der Wechselwirkung von Zement mit Tonbodenpartikeln ab. Diese Wechselwirkung wird durch die Auflösung von Siliciumdioxid und Aluminiumoxid aus Tonpartikeln und der amorphen Komponente in einer Umgebung mit hohem pH-Wert verursacht, die durch die Freisetzung von hochreaktivem Ca(OH)2 durch hydratisierenden Zement entsteht. Die gelösten Komponenten können zusätzliches zementartiges Material bilden mit Kalziumionen, die die Tonpartikel zusammenhalten. Zur Bodenzementierung werden Zement-, Zement-Sand-, Zement-Ton-Sand- und Zement-Ton-Lösungen verwendet. In manchen Fällen ist es notwendig, die Durchlässigkeit von Zementpartikeln in den Boden zu erhöhen; dazu wird eine Zementmahlung (nass oder trocken) oder eine Luftzerlegung großer Partikel durchgeführt.

Dispergierte Zemente ermöglichen die Herstellung von Injektionslösungen mit besserer Permeabilität in gebrochenem Gestein. Um den Anstieg der Festigkeit von Suspensionen zu beschleunigen, wird CaC12 (0,5–3,0 %) und zur Erhöhung der Stabilität Bentonit (1–5 %) zugesetzt. Bei sauren Böden empfiehlt es sich, geringe Zugaben (0,6–3,2 %) Ca(OH)2 einzubringen, um die Festigkeit des zu festigenden Bodens zu erhöhen.

Im Boden enthaltene Huminstoffe wirken sich negativ auf dessen Verhärtung aus; ihre Wirkung nimmt mit zunehmendem Säuregehalt zu, was mit einer Veränderung des Mengenverhältnisses und der qualitativen Zusammensetzung der in den Huminstoffen enthaltenen organischen Säuren und Salze einhergeht. Die Wirkung von Huminstoffen auf die Strukturbildungsprozesse in Zementböden kann durch geringe Zugaben von Kalk allein oder Kalk in Kombination mit Calciumchlorid abgeschwächt werden. Beim Befeuchten der Mischung geht Kalk eine Ionenaustauschwechselwirkung mit dem fein verteilten Teil des Bodens und den Huminstoffen ein und sättigt diese mit Calciumionen. Dadurch entsteht ein alkalisches Milieu, das die Aushärtung der hydratisierten Zementkörner begünstigt, und das Vorhandensein von Calciumkationen in der Lösung führt zur Bildung wasserunlöslicher Calciumhumate. Als Bestandteil des Zementbodens sind neben Portlandzement in manchen Fällen auch Abfälle und Nebenprodukte der lokalen chemischen und metallurgischen Produktion sowie der Brennstoffproduktion enthalten – Brennstoffschlacke und Flugasche, Hochofenschlacke, Abfälle aus der Aluminiumoxidproduktion (Nephelinschlamm). und Bauxitschlamm) verwendet werden.

Zur Stärkung von Böden mit hohem Humusgehalt sowie von salzhaltigen Böden werden am häufigsten Zusammensetzungen auf Basis von Portlandzement unter Zusatz von Kalk, Soda, flüssigem Glas, Kali, Creme aus anorganischen Verbindungen und Polymeren verwendet.

Es wurden Perspektiven für den Einsatz synthetischer Polymerverbindungen als eigenständige aktive Reagenzien aufgezeigt, die die Schaffung einer starken und hydrophoben Struktur verstärkter Böden unterschiedlicher Zusammensetzung und Genese gewährleisten.

Am meisten wichtige Eigenschaften Polymere, die auf ihre Eignung zur Bodenverfestigung hinweisen, sollte Folgendes berücksichtigt werden:
niedrige Viskosität, Löslichkeit oder Emulgierung in Wasser (in Monomer- oder Polymerform) im Stadium des Einbringens des Polymers in den Boden, des Mischens, Befeuchtens und Verdichtens der Mischung;
Unlöslichkeit in Wasser und Nichtbenetzbarkeit (Hydrophobie) nach Abschluss der Aushärtungsphase des verstärkten Bodens, während die Aushärtung des Harzes in einer Luft- oder Wasserumgebung im Temperaturbereich von 0 bis 35 ° C erfolgen muss;
Fähigkeit zur selektiven Adsorption gegenüber hydrophilen Tonmineralien;
Fähigkeit, physikalischen und chemischen Angriffen sowie biologischem Abbau standzuhalten;
die Fähigkeit, Arbeiten zur Bodenbearbeitung bei hoher Luftfeuchtigkeit im Temperaturbereich von 0 bis 35 °C durchzuführen.

Die wichtigsten chemischen Prozesse bei der Bildung hochmolekularer Verbindungen sind Polymerisation und Polykondensation. Als synthetische hochmolekulare Verbindungen werden Furfuralharze, Harnstoffharze etc. verwendet.

Bei der chemischen Verfestigung von Böden bilden sowohl anorganische als auch organische Polymere in den verfestigten Böden zementäre Gebilde in Form von unterschiedlich stark wassergesättigten Gelen, die natürliche Bedingungen möglicherweise nicht treffen. Die chemische Verfestigung von Böden erfolgt im Gegensatz zu ihrer natürlichen Zementierung nahezu augenblicklich (im geologischen Sinne) mit dem Erreichen einer einachsigen Druckfestigkeit von bestenfalls nicht mehr als 5 MPa, während die natürliche Zementierung extrem lange anhält mit der Bildung von Sedimentgesteinen höherer Festigkeit.

Die resultierende Verbindung variabler Zusammensetzung ist eine zementierende Neubildung in Form dünner Filme in der Wandschicht der Kapillare.

Die Zwei-Lösungs-Methode der Bodenverkieselung wird zur Verstärkung von Sanden mit geringer Feuchtigkeit und mit Wasser eingesetzt; die einachsige Druckfestigkeit der Sandverfestigung erreicht 2-4 MPa. Verfestigter Sand erhält vollständige Wasserbeständigkeit, hohe Frostbeständigkeit, Beständigkeit gegen Säuren und Lösungen neutraler und saurer Salze, ist jedoch in alkalischen Umgebungen aufgrund der Auflösung des alkalischen Zementierungsgels der Kieselsäure nicht sehr stabil. Diese Methode ist eine der kostengünstigsten, ungiftigsten, erfordert eine einfache Ausrüstung, ist jedoch aufgrund der hohen Viskosität der Natriumsilikatlösung zur Stärkung von Böden mit geringer Durchlässigkeit nicht akzeptabel.

Der Kern der Einlösungsmethode der Bodenverkieselung besteht darin, eine Natriumsilikatlösung in den zu verfestigenden Boden einzuspritzen, die mit chemischen Zusätzen vorgemischt ist und zu einem genau definierten Zeitpunkt zur Bildung eines zementierenden Kieselsäuregels führt die Erde.

Dabei wird eine Mischung aus Natriumsilikatlösung und Härterzusätzen in den Boden injiziert. Als koagulierende (härtende) chemische Reagenzien zur Aushärtung der Natriumsilikatlösung werden Lösungen von Säuren und sauren Salzen sowie organische Härter verwendet. In diesem Fall ist die Bildung zweier zementierender Kieselsäuregele möglich: alkalisch und sauer.

Die Geschwindigkeit der Gelbildung wird durch die Zusammensetzung der Säure oder des Säuresalzes, den Neutralisationsgrad des Gels, die Gelierungstemperatur sowie die Bildung und Struktur eines Films aus hydratisierter Kieselsäure auf der Oberfläche der Partikel beeinflusst.

Entwickelt große Menge Zusammensetzungen alkalischer und saurer gelbildender Lösungen, in denen schwache Säuren und Lösungen saurer Salze mit großer Pufferkapazität als Härter verwendet werden – NaH2P04, NaHCC>3, NaHS04, (NH4)HC03, A12 3, (NH4)2S04 .

Im Bauwesen werden am häufigsten Aluminosilikat- und Silicofluorsilikat-Formulierungen verwendet.

In jüngster Zeit wurden Verfahren entwickelt, bei denen organische Härter, insbesondere Ester, als Härter für flüssige Glasbindemittel eingesetzt werden. Von den Estern zum Härten von Silikatlösungen wird am häufigsten der zugänglichste und günstigste Essigsäureethylether CH3COOC2H5 (Ethylacetat) verwendet.

In einer stark alkalischen Umgebung einer Silikatlösung kommt es zur Verseifungsreaktion von Ethylacetat unter Bildung von Natriumacetat und Ethylalkohol:

CH3COOC2H5 + NaOH – CH3COONa + C2H5OH.

Durch die Neutralisation von Alkali in einer Silikatlösung erhöht sich der Silikatmodul, was zur Gelierung (SiO2-Gel) führt. Die zugesetzte Menge an Ethylacetat beträgt etwa 6 %.

Die Technologie der Injektionsbodenverfestigung besteht darin, unter Druck in die Poren und Hohlräume von Böden (in ihrem natürlichen Vorkommen) chemische Reagenzien zu injizieren, die den Boden in Form von zwei getrennt injizierten Lösungen (Zwei-Lösungs-Methode), einer Lösung (Einzellösung) verfestigen und verfestigen -Lösungs-Einkomponentenverfahren), eine Lösung und ein Gas (Zweikomponenten-Gasverfahren), gelbildende Mischungen aus zwei Komponenten (Einzellösungs-Zweikomponentenverfahren).

Die Injektion von Fixierreagenzien in Böden erfolgt mit Pumpen unter Druckluftdruck, hauptsächlich unter Verwendung der Technologie mit vertikaler und geneigter Penetration von Injektoren von oben nach unten. Injektoren sind spezielle Geräte, die auf die eine oder andere Weise in den Boden eingebracht werden und mit denen Fixierkomponenten unter Druck in den Boden injiziert werden.

Der Bau neuer Gebäude oder der Wiederaufbau alter Gebäude erfordern ein zuverlässiges Fundament, damit sie einen festen und sicheren Halt haben. Der Boden kann jedoch nicht immer solche Bedingungen bieten, da er schwach sein kann. In diesem Fall muss es verstärkt werden, und dies kann auf verschiedene Weise erfolgen, abhängig von den Eigenschaften des Territoriums der zu bauenden Objekte.

Wenn der Boden trocken und dicht ist, kann der Bau ohne zusätzliche Vorbereitung durchgeführt werden – es handelt sich um einen stabilen Boden. Schwacher oder instabiler Boden kann eine Entwässerung oder Verdichtung erfordern. Die Bodenverdichtung erfolgt häufig mit alternativen Materialien wie Straßenplatten, die sowohl für die Entwicklung privater als auch industrieller Anlagen zugekauft werden können.

Mechanische Methode

In diesem Fall wird der Boden durch das Einbringen zusätzlicher Elemente oder Materialien gestärkt: Pfähle, Schotter, Erde usw. Und um die Struktur ein wenig zu verdichten, können sie Stampf- und ähnliche Vorgänge anwenden. Betrachten wir ihre Eigenschaften.

Stärkung mit Stahlbetonpfähle. Der Kern dieser Methode besteht darin, dass der Pfahl durch eine Schicht schwachen Bodens gelangt und eine dichtere Schicht erreicht, sich dort festigt und dadurch den Boden stärkt. Um eine solche Verstärkung anzuordnen, werden verschiedene Methoden angewendet: Beispielsweise kann der Pfahl mit einer speziellen Maschine gedrückt oder in den Boden gerammt werden, wobei dafür ein Loch gebohrt wird oder nicht. Es besteht auch die Möglichkeit, ein Rohr in den Boden zu versenken und anschließend Beton hineinzugießen. In jedem Fall erfordert diese Methode einen enormen Aufwand und einen erheblichen Bauaufwand; sie wird hauptsächlich beim Bau großer Objekte eingesetzt.
Erdhaufen. Das Prinzip und die Wirkung sind mit der vorherigen Variante vergleichbar, nur fällt sie deutlich günstiger und umweltfreundlicher aus. IN allgemeiner Überblick Das Prinzip ihrer Entstehung sieht so aus: Es wird ein Loch gebohrt, in das dann nach und nach Füllstoff aus verschiedenen Fraktionen gegossen wird, und das alles wird periodisch verdichtet. Dadurch erhalten wir zuverlässig gefestigten Boden.
Wenn die benötigte Bodenschicht klein ist, können Sie das Mittel verwenden Verdichtung mittels Walzen, Rüttelplatten und einige andere Geräte. Handelt es sich bei dem Untergrund um schlammigen Sand, erfolgt das Stampfen zusammen mit Wasser. Diese Methode ist auf Objekte wie Straßen, Flugplätze usw. anwendbar. Wenn der Boden so schwach ist, dass diese Methode nicht hilft, ist es sinnvoll, ihn zu entfernen und durch einen anderen zu ersetzen.

Zementierung

Eine Methode, die Aufmerksamkeit verdient. Um den Boden zu festigen, wird ihm hier eine Zementlösung zugesetzt, die Technologien können jedoch unterschiedlich sein:

einfache Zementierung wenn der Boden einfach mit Zementmörtel vermischt wird: Letzterer wird über einen speziellen Mechanismus zugeführt, der gleichzeitig den Boden sofort mit dem Mörtel vermischt. Die Methode ist sehr kostengünstig und wird häufig in Gebieten eingesetzt, in denen die Böden durchnässt sind;
Düsenstrahlverfahren- eine leicht verbesserte Methode. Hier wird der Zementmörtel unter hohem Druck zugeführt spezieller Mechanismus direkt in den Boden. Unter Druck entsteht ein Loch, das sofort mit Zement vermischt wird.

Beide Methoden funktionieren hervorragend. auch in dem Fall wenn das Gebäude bereits gebaut wurde, und der Boden muss gestärkt werden. In diesem Fall erfolgt die Arbeit nahezu geräuschlos und die Zuführung des Zements zum Mischen kann sowohl senkrecht zur Oberfläche als auch schräg erfolgen.

Verstärkung

Die Verstärkung ist eine modernere Methode, bei der die Verstärkung mit Polymerstrukturelementen erfolgt. Die Methode eignet sich nicht nur für ebene Flächen, sondern auch für geneigte Flächen, zur Verstärkung von Hängen, Ufern und bei der Landschaftsgestaltung verschiedene Typen. Zu den am häufigsten verwendeten Designs gehören:

Flugzeugverstärkung

Wenn Sie ein Objekt bauen müssen, das sich über eine große Länge erstreckt, verwenden Sie eine ganze Kombination von Methoden, da die Zusammensetzung und Eigenschaften des Bodens an verschiedenen Stellen stark variieren können. Daher ist die Verwendung solcher Methoden neben mechanischen Methoden üblich: das Hinzufügen verschiedener natürliche Materialien: Schotter, Erde, Ton, Sand, Lehm usw. - abhängig von den Eigenschaften des Untergrundes. Das Mischen erfolgt in einem speziellen Gerät und am Ende erhalten wir eine relativ umweltfreundliche Möglichkeit, große Flächen zu stabilisieren;

Bodenentwässerung

Damit der Boden viel dichter und zuverlässiger wird, reicht es oft aus, einfach überschüssiges Wasser daraus zu entfernen, und dies geschieht durch den Einsatz bestimmter Chemikalien oder Verfahren:

Je nachdem, welches Objekt sich in einem Gebiet mit schwachem Boden befindet, wird daher die optimale Methode zur Stabilisierung ausgewählt.

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