Yol yapımında zemin güçlendirme yöntemleri. Çimentoyla toprakların güçlendirilmesi - yıllarca güvenilirlik

Toprakların kimyasal olarak konsolidasyonuna yönelik yöntemlerin geliştirilmesi, 1931'de yerli bilim adamı B.A. Rzhanitsyn suya doymuş kumların silikatizasyonu için benzersiz bir iki çözümlü yöntem geliştirdi. Aynı şema, toprağın kendisinin ikinci reaktif rolünü oynadığı, çökmekte olan löslü toprakların silikatizasyonu için de kullanıldı.

İlk aşamada, kimyasal sabitleme yöntemleri inorganik bir polimer - sodyum silikat kullanımına dayanıyordu. Bir sonraki aşamada bilim adamları, düşük yoğunluklu sodyum silikatı sertleştirici asit ve tuz çözeltileriyle karıştırmaya başladı. Solüsyonların düşük viskozitesi (1,5-3,0 mPa.s), kumlu toprakların 0,2 ila 2,0 m/gün filtreleme katsayısıyla sağlamlaştırılmasını mümkün kıldı.

Günümüzde organik polimer kimyasının önemli gelişmesi nedeniyle en popüler reaktifler kimya endüstrisi tarafından üretilen reçineler, yani üre-formaldehit (üre) reçinesidir. Sertleştirici olarak hidroklorik ve oksalik asitler kullanılır. Bununla birlikte, sabit bir kütlenin geliştirilmesi sırasında, yani bir tünel kazarken veya bir çukur açarken serbest formaldehit salınımının neden olduğu bazı toksisite, bu yöntemin kullanımını sınırlar. Laboratuvar çalışmaları sonucunda serbest formaldehit salınımının önemli ölçüde azaltılması mümkün oldu. Bu, sabitlemenin gücünü bir miktar azalttı, ancak yeraltı çalışmalarını kazarken reçineleştirmenin kullanılmasını mümkün kıldı.

Teknik Bilimler Doktorları V.V. Askalonov ve V.E. Sokolovich, kumları ve lösleri sabitlemek için kimyasal yöntemlere yönelik tariflerin geliştirilmesine büyük katkı sağladı.

Toprakların kimyasal konsolidasyonu geniş anlamda doğal toprakların yapı özelliklerinin, reaktiflerin birbirleriyle veya toprağın kimyasal olarak aktif kısmının katılımıyla etkileşimlerinin reaksiyonlarına dayanarak, çeşitli reaktiflerle kimyasal olarak işlenmesiyle yapay, hedefli bir dönüşümüdür. Toprakların bu şekilde konsolidasyonu, edinilen özelliklerinin geri döndürülemezliğini ve dayanıklılığını sağlar.

Enjeksiyonlu kimyasal konsolidasyon, mekanik mukavemeti ve stabiliteyi geri dönüşü olmayan bir şekilde arttırır, toprakların sıkıştırılabilirliğini ve su geçirgenliğini azaltır ve ayrıca lös ve lös benzeri toprakları ıslatırken çökmeyi ortadan kaldırır, bu da inşaattaki birçok pratik problemin çözümünde kullanımı için geniş olanaklar sağlar.

Endüstriyel ve inşaat mühendisliği Zeminlerin enjeksiyonlu kimyasal konsolidasyonu aşağıdaki amaçlar için kullanılır:

yeni inşa edilen bina ve yapıların temellerinin güçlendirilmesi ve düzenlenmesi;

mevcut binaların ve yapıların temellerinin güçlendirilmesi;

madencilikle kazı sırasında toprak hareketlerine karşı önlem olarak sabit topraklardan koruyucu duvarlar ve diğer yeraltı yapılarının kurulması;

inşaat çukurları ve diğer açık çalışmaların açılması sırasında istinat duvarlarının montajı ve eğimlerin güçlendirilmesi;

artırmak taşıma kapasitesi kazıklar ve diğer destekler;

Yumuşak topraklarda çeşitli yeraltı çalışmalarını kazarken geçici bir önlem olarak.

Kimyasal açıdan bakıldığında, toprakların enjeksiyonlu kimyasal konsolidasyonunun temeli, inorganik ve organik polimerlerin (sabitleyiciler) pıhtılaştırıcılarla (sertleştiriciler) etkileşimleri sırasında yoğunlaşması olgusudur ve toprağın gözeneklerinde ve çatlaklarında polimerlerin sertleşmesinden oluşur. Bu da konsolide edilen zeminlerin fiziksel ve mekanik özelliklerinde olumlu değişiklikler sağlar.

Kullanılan sertleştiricilerden bağımsız olarak sodyum silikat çözeltilerine dayalı toprakların konsolidasyonuna silikatizasyon, üre reçinelerine dayalı olanlara - reçineleştirme ve çimento harçlarına dayalı olanlara - sementasyon denir.

Toprak konsolidasyonu sürecinde yer alan çözeltiler veya gazlardaki kimyasallara konsolidasyon reaktifleri denir.

Toprakların tek çözeltili kimyasal fiksasyonu için çalışma konsantrasyonlarındaki bağlantı elemanları ve sertleştiricilerden oluşan çözeltilerin bir karışımına jel oluşturucu karışım denir.

Teknolojik açıdan bakıldığında, enjeksiyonlu kimyasal konsolidasyon, toprakları sertleştiren ve konsolide eden çeşitli kimyasal reaktiflerin doğal oluşumlarında toprağın gözeneklerine basınç altında iki ayrı enjekte edilmiş çözelti (iki bileşenli yöntem), bir çözelti (iki bileşenli yöntem) şeklinde enjekte edilmesinden oluşur. tek çözeltili tek bileşenli yöntem), tek çözelti ve gaz (iki bileşenli gaz yöntemleri), iki bileşenin jel oluşturan karışımları (tek çözeltili iki bileşenli yöntemler).

Mevcut binaların ve harap temellere sahip yapıların altındaki toprakların sağlamlaştırılması sırasında, enjeksiyon sırasında duvardaki boşluklar ve çatlaklar yoluyla konsolidasyon reaktiflerinin olası sızıntılarına karşı yardımcı bir önlem olarak, tabanın tabanla temasında temellerin ön sementasyonu sağlanır (yardımcı) sementasyon).

Endüstriyel ve sivil inşaatlarda toprakların sağlamlaştırılması için özel olarak geliştirilmiş ve kanıtlanmış kimyasal enjeksiyon yöntemleri kullanılmaktadır. Yöntemlerin her birinin, kumlu topraklar için filtrasyon katsayısı değerleri ve löslü toprakların çökmesi için filtrasyon katsayısı, emme kapasitesi ve nem derecesi değerleri ile sınırlı olan kendi uygulama kapsamı vardır. Belirli topraklar için sabitleme yöntemlerinin seçimi, doğal toprakların parçacık büyüklüğü dağılımı, isimlendirilmesi, filtrasyon katsayısı ve diğer özelliklerinin yanı sıra sabit toprakların mukavemet ve deformasyon özelliklerine ilişkin tasarım gereklilikleri dikkate alınarak belirtilen tabloya göre gerçekleştirilir. .

Tek çözeltili silikatizasyon ve reçineleştirme yöntemleri kullanılarak toprakların konsolidasyonunun verimliliğini (dayanıklılık ve yarıçap) arttırmak için, çökmekte olan löslü toprakların silikatlaştırılması haricinde, çoğu durumda toprakların sertleştiricilerle ön kimyasal işleminin yapılması tavsiye edilir. . Ön kimyasal arıtma sorunu, özel laboratuvar araştırmaları ve doğal koşullarda toprakların kimyasal konsolidasyonuna ilişkin deneysel çalışmalar sonucunda çözülmüştür.

Mühendislik ve jeolojik koşullara, tesisin konumuna, işin kapsamına, boyutlarına ve teknik özellikler ekipman, iş üretimi için teknolojik şemalardan biri uygulanmaktadır:

toprakların gün yüzeyinden güçlendirilmesi (yerel koşullara bağlı olarak, iş ilerledikçe harç ünitesi saha etrafında hareket ettirilir veya orta kısımda bırakılır, çözelti enjeksiyon alanına döşenen boru hatları aracılığıyla sağlanır);

yeraltı kazılarından elde edilen toprakların bir aşamada güçlendirilmesi veya geniş bir dengesiz toprak bölgesi durumunda, kademeli olarak, güçlendirme ve kazı aşamalarının değiştirilmesi (yüzeye sondaj ve enjeksiyon ekipmanı yerleştirilir);

Sondaj ekipmanı yüze yerleştirilirken yeraltı kazılarından elde edilen toprakların güçlendirilmesi, enjeksiyon ekipmanı (harç karıştırma ve pompalama) - gün yüzeyine.

Enjeksiyon kuyularının konumu, toprak kütlesinin güçlendirilmesi için gerekli konturu ve sürekliliği sağlamalıdır (kuyular ve kuyu sıraları arasındaki mesafe, güçlendirilen toprağın özelliklerine ve enjeksiyon çözümlerinin nüfuz etme kabiliyetine bağlıdır).

Solüsyonun enjeksiyonundan sonra, belirli bir kuyu sırası için ortalama absorpsiyonun 10 katını aşan çözelti absorpsiyonuna sahip bölgeler, hatalı enjeksiyonlu alanlar veya kuyuların tasarım derinliğine göre açılamayan bölümleri varsa ilave kuyular atanmalıdır. kuyularda üretim standartları bulunmaktadır.

Toprak güçlendirme çalışmaları için ekipman, toprak güçlendirme yöntemine (enjeksiyon, jet enjeksiyonu), iş hacmine, enjeksiyon çözeltisinin türüne ve hazırlanması ve enjeksiyonuna ilişkin teknolojik şemaya bağlı olarak seçilmelidir.

Sondaj ekipmanı, amacına bağlı olarak, kuyu açmanın darbeli-döner ve dönme yöntemlerini, bunların gerekli yönünü, sondaj derinliğini ve kuyu çapını sağlamalıdır.

Kontrol ve ölçüm ekipmanıyla donatılmış karıştırma ve enjeksiyon ekipmanı, çözelti bileşenlerinin iyice karıştırılmasını, gerekli enjeksiyon basıncını, minimum işçilikle yüksek çalışma oranlarını ve malzeme maliyetleri, şantiyelerde minimum dağınıklık, nakliye, kurulum, söküm kolaylığı ve güvenli bakım.

Sahanın hidrojeolojik koşullarına ve benimsenen enjeksiyon teknolojisine bağlı olarak çözelti enjekte edilirken iletkenler veya paketleyiciler kullanılmalıdır. Kırık toprakları işlerken, çözeltinin enjeksiyonu bir sondaj ipi veya yaka kolonu aracılığıyla ve yapışkan olmayan toprakların işlenmesi için tahrikli enjektörler, tampon enjektörleri veya yaka kolonları aracılığıyla gerçekleştirilir.

İletkenler, kuyu başını sabitlemek ve kapatmak, sondaj sırasında kuyunun belirli bir yönünü sağlamak ve kuyuya kapatma vanaları ve ölçüm cihazlarıyla birlikte bir enjeksiyon başlığı takmak için tasarlanmıştır.

Paketleyiciler, kuyuyu kapatmak (tekli paketleyici) veya kuyunun enjeksiyon için tasarlanan bölümünü (çift paketleyici) izole etmek için tasarlanmıştır. Paketleyici, enjeksiyon çubuğuna monte edilen kauçuk manşetlerin mekanik olarak sıkıştırılması veya hidrolik olarak genleşmesi nedeniyle kuyuda sabitlenir.

Kuyulara yerleştirilen yaka kolonlar, kohezyonsuz toprakların herhangi bir sırayla, herhangi bir alanda işlenmesini ve aynı kuyuya farklı türdeki çözeltilerin birden fazla enjeksiyonunun gerçekleştirilmesini mümkün kılar.

Kuyu ekipmanı (iletkenler, paketleyiciler, yaka kolonları, enjektörler, önleyici cihazlar vb.), nesnenin mühendislik-jeolojik ve hidrojeolojik koşullarına ve toprak enjeksiyon yöntemine bağlı olarak seçilir.

Kullanılan enjeksiyon malzemelerinin türüne göre toprakları güçlendirmeye yönelik yöntemler sementasyon, silikatizasyon ve reçineleştirmeye ayrılır; çözeltinin toprağa sokulması yöntemine göre - geleneksel enjeksiyon ve jet sementasyon.

Bir yöntem olarak toprak çimentolaması, kaba topraklardaki boşlukların, çatlakların ve büyük gözeneklerin, zamanla katı bir çimento veya çimento-kil taşı oluşturan bir çözelti ile doldurulmasıdır.

Çimentolama için çimento, çimento-kum ve çimento-kil çözeltileri kullanılabilir. her birinde özel durum hem çözeltinin bileşiminin hem de 1 ila 0,4 arasında değişebilen su-çimento oranının (W/C) seçilmesi gerekir. Ek olarak, enjeksiyon çözeltileri aşağıdaki özelliklere sahip olmalıdır: 10-14 cm'lik AzNII konisi boyunca çözelti hareketliliği, 2 saat içinde %0-2 sudan ayrılma, 28 gün sertleştikten sonra basınç dayanımı 1-2 MPa. Bu tür çözeltilerin başlangıç ​​yoğunluğu kural olarak 1,60-1,85 g/cm3'tür. Tüm bu özellikler proje tarafından belirlenir.

Pratikte belirlendiği gibi çimento harçlarının kullanılması filtrelemeyi tamamen durdurmaz. Bu, şu anda yaklaşık 50 mikron parçacık boyutuna sahip olan çimentonun öğütme boyutunun artmasıyla açıklanmaktadır; bu, 0,2 mm'lik çatlakların fiziksel olarak çimentolanamayacağı anlamına gelir.

Çimentolamadan farklı olarak killeştirme, yalnızca kil çözeltisinin enjeksiyonundan sonra suyu emebilen kuru kayalardaki karst boşluklarını doldurmak için kullanılabilir. Bu bakımdan boşluklar doldurulduktan sonra kil çözeltisinin birkaç gün hidrolik basınç altında tutulması gerekir.

Killeme sırasında yoğunluğu 1,2-1,3 g/cm3 olan kil çözeltisi kullanılır.

Basıncın artması (2 MPa'dan fazla) sonucunda kil çözeltisinden su sıkılır, susuz kalan kil hamuru boşlukları yoğun bir şekilde doldurur ve kaya su geçirmez hale gelir.

Çimentolama gibi killeme de çözeltinin tamponlanmış bölgeden taşınmasını önlemek için yalnızca düşük yeraltı suyu akış hızlarında, yani filtrasyon katsayısının 50 ila 5000 m3/gün arasında olduğu çakıllı ve çatlaklı topraklarda kullanılabilir.

sementasyon enjeksiyon inşaatı

Şekil 1 Toprak çimentolama işleminin teknolojik diyagramı: 1 - çözeltiyi karıştırmak için kap; 2 - çözelti pompası; 3 - basınçlı boru hattı; 4 - dönüş boru hattı; 5 - enjektörler; 6 - güçlendirilmiş toprak

1931'de, iki çözeltili bir silikatizasyon yöntemi geliştirildi; bunun özü, bir sodyum silikat (sodyum sıvı cam) Na2OnSiO2 çözeltisinin ve bir kalsiyum klorür CaCl2 çözeltisinin, tıkalı bir metal aracılığıyla herhangi bir nem içeriğine sahip kumlu toprağa dönüşümlü olarak enjekte edilmesiydi. delikli boru (enjektör). Sonuç olarak Kimyasal reaksiyon Aralarında toprağın gözeneklerinde silisik asit hidrojeli oluşur ve toprak hızlı ve sıkı bir şekilde sabitlenir.

İki harç yöntemi, yüksek toprak dayanımı ve neredeyse tamamen su geçirmezlik sağlar. Bu yöntemin dezavantajları işin yüksek maliyeti ve yüksek emek yoğunluğudur. Bu nedenle esas olarak yapıların altındaki temelleri güçlendirmek için kullanılır. Sabit toprağın kübik mukavemeti 1,5...3,5 MPa'dır.

Agresif sulara maruz kaldığında sabit toprağın mukavemeti azalmaz.

Filtrasyon katsayısı 0,0006 ile 0,006 cm/sn arasında olan ince ve siltli kumların fiksasyonu için tek çözelti yöntemi kullanılmaktadır. Sıvı cam ve fosforik asit veya sıvı cam, sülfürik asit ve amonyum sülfattan oluşan jel oluşturucu bir çözelti toprağa enjekte edilir. İlk formülasyon daha hızlı jelleşme sağlar.

Sabit toprağın mukavemeti, iki harç yöntemine göre önemli ölçüde daha düşüktür. Bu yöntem esas olarak filtreleme önleyici perdelerin yapımında kullanılır.

Tek çözeltili silisleştirme yöntemi aynı zamanda 0,0001 ila 0,0023 cm/sn arasında bir filtrasyon katsayısına sahip olan lös çöküntülü toprakların konsolidasyonu için de kullanılır.

Bu durumda toprağa bir sıvı cam çözeltisi enjekte edilir. Jelleşme, sıvı bir cam çözeltisinin toprağın suda çözünür tuzları ve onun değişim kompleksi ile reaksiyonu nedeniyle oluşur. İkinci çözümün rolü toprağın kendisi tarafından gerçekleştirilir.

Petrol ürünleri, reçineler ve yağlarla emprenye edilmiş toprakların, pH>9 olan yeraltı sularının varlığında iki çözelti yöntemiyle, pH>7,2 olması durumunda tek çözelti yöntemiyle silikatizasyonun kullanılması önerilmez. İnce ve siltli kumların silikatlaşması.

Yeraltı suyu hızının 0,006 cm/sn'yi aştığı durumlarda toprağın silikatlanması tavsiye edilmez.


Şekil 2 Toprak tabanının silikatizasyon sürecinin teknolojik diyagramı: 1 - katottan su pompalamak için pompa; 2 - koltuk başlığı; 3 - meme ucu; 4- doğru akım jeneratörü (elektrosilikatizasyon için); 5 - çözeltili tank; 6 - basınçlı hava silindiri (kompresör); 7 - enjektörün delikli kısmı; 8 - enjektör ucu; 9 - ek enjektör (elektrosilikizasyon için)

% 16-20 nem içeriğine sahip çökmekte olan löslü toprakların silikatlanması sırasında, 1,13-1,20 g/cm3 yoğunluğa sahip bir silikat çözeltisinin enjeksiyonu, enjektörlerin içine sürülerek veya açılan kuyuların duvarlarından geçirilerek gerçekleştirilebilir. Bunu yapmak için, ilk girişin uzunluğuna eşit derinlikte bir delik açmak için bir TsGB-50 sondaj kulesi kullanılır. Mevcut uygulamada stopenin uzunluğu 2-3 m'dir, daha sonra stopenin üst bölgesine şişirilebilir bir tampon yerleştirilir ve buradan çözelti pompadan bir hortum vasıtasıyla zemine enjekte edilir. Daha sonra swab kuyudan çıkarılır ve bir sonraki durağın uzunluğuna kadar delinir. Bu, çöküntü lösünün tüm derinliği boyunca tekrarlanır.

Kumlu toprakları 50-150 m derinlikte kimyasal olarak konsolide ederken, 120-150 mm çapında bir kil çözeltisinin koruması altında açılan bir kuyuya indirilen dudak enjektörleri aracılığıyla kimyasal çözeltilerin enjeksiyonu gerçekleştirilir. Kuyu, sabit bölgenin tüm derinliğine kadar delinir, daha sonra deliklerini kapatan lastik manşetli bir enjektör, kil çözeltisiyle doldurulmuş kuyuya daldırılır (bundan dolayı duvarlarının sabitlenmesi gerekmez). Bundan sonra, enjektör ile kuyu duvarı arasındaki boşluğu dolduran bir tampon kullanılarak alt manşetten bir çimento-kil çözeltisi enjekte edilir. Bu seçenek, sabitleme solüsyonunu daha sonra enjektörün herhangi bir alanına pompalamanıza olanak tanır. Mevcut binaların altındaki toprağı özel olarak hazırlanmış bir hendekten dışarı doğru bastırarak sağlamlaştırmak için bir dudak enjektörü kullanılabilir.

Böylece çeşitli tasarımlardaki enjektörlerin kullanılması, kimyasal çözeltilerin istenilen derinliğe enjekte edilmesini mümkün kılar.

Toprakları sağlamlaştırmak için kullanılabilecek reçinelerin düşük viskoziteye sahip olması ve toprağın gözeneklerinde 4 ila 10°C sıcaklıkta polimerize olması gerekir. Bu reçineler şunları içerir:

üre ve formaldehitin polikondensasyonu sonucu oluşan üre-formaldehit (üre);

fenollerin ve aldehitlerin polikondensasyonu sonucu oluşan fenolik;

furfural ve furil alkolün yoğunlaşmasıyla oluşan furan; akrilik - akrilik asit türevleri;

epiklorohidrinin (veya diklorohidrinin) poliaminler, fenoller, polialkoller ve diğer bileşiklerle yoğunlaştırılmasıyla elde edilen epoksi.

Tüm kriterlere göre toprakların sağlamlaştırılması için en uygun olanı, çeşitli sertleştiriciler içeren üre-formaldehit (üre) reçinesidir. Bu reçine suda kolaylıkla çözünür, viskozitesi düşüktür, düşük sıcaklıklarda kürlenir ve en önemlisi yerli sanayi tarafından büyük çapta yapıştırıcılar halinde üretilir ve toprakların sağlamlaştırılmasında yaygın kullanım için fiyatı oldukça uygundur. .

Yöntemin özü, bir reçine çözeltisi ve hidroklorik veya oksalik asit formunda bir sertleştiriciden oluşan jel oluşturucu bir çözeltinin toprağa enjekte edilmesidir. Yöntem güçlü bir sabitleme sağlar ve toprağı su geçirmez hale getirir. Ek olarak, yöntem karbonatlı toprakları sağlamlaştırmanıza olanak tanır. Karbonat içeriği yüksekse (%3'e kadar), toprak, jel oluşturucu çözeltinin hacmine eşit hacimde bir asit çözeltisiyle ön işleme tabi tutulur.


Şekil 3 Toprak reçineleştirme işleminin teknolojik diyagramı: 1 - enjektör; 2 - çalışma hortumu; 3 - basınç göstergesi; 4 - çalışma tankı; 5 - mantar hortumu; 6 - kompresör veya basınçlı hava silindiri

Toprak çimentolaması

Çimento-toprak teknolojisi, güçlendirilmiş toprağa belirli özellikleri kazandırmak için çimento ve doğal toprağın belirli bir su içeriğinde homojen bir duruma getirilmesine ve sıkıştırılmasına dayanır: mukavemet, stabilite, dona dayanıklılık vb. .

Rusya'da ilk kez bahçe yollarının yapımında toprağı güçlendirmek için çimento kullanıldı. Devrimden sonra, Portland çimentosu ile toprakların güçlendirilmesine yönelik ilk deneyler 1927'de Leningrad Yol Araştırma Bürosu'nun deneysel pistlerinde gerçekleştirildi.

Zeminlerin çimentoyla güçlendirilmesine yönelik laboratuvar çalışmaları da CIAT ve DorNII tarafından yürütüldü. Pozitif sonuçlar Araştırma, All-Union Tarım Fuarı topraklarına erişim yollarında asfalt beton kaplamalar altında toprağın çimento ile güçlendirilmesini mümkün kıldı. Savaş sonrası dönemde, çimento topraklarının yol ve havaalanı inşaatlarında yaygın olarak kullanılması başladı. Moskova-Kharkov (1946-1949), Moskova-Leningrad (1949), Moskova-Ryazan (1950) otoyollarında vb. kırma taş ve kum tabakaları yerine çimento-toprak temelleri kullanıldı. V. M. Bezruk'un çalışmaları, Uzun yıllar süren araştırmalar sonucunda teorik ve pratik önerilerÇimentolarla toprakların güçlendirilmesi. Bezruk'un belirttiği gibi, çimento ile toprağın güçlendirilmesinin etkinliği yalnızca şunlardan etkilenir: önemli etkiçimentoların kimyasal ve mineralojik bileşimi, toprağın oluşumu, bileşimi ve özellikleri, özellikle de değişebilir katyonların popülasyonu ve bileşimi. Hidrofobik oluşturan bazı maddelerin ve gözenekleri çimento hidrolizi ürünleriyle dolduran diğer maddelerin çimento-toprak karışımlarına (örneğin sabun nafta, sabun stoğu vb.) dahil edilmesi, bazı durumlarda onlara artan su geçirgenliği sağlayabilir. Geçen yüzyılın 80'li yıllarından bu yana, toprak çimentolama süreçleri üzerinde doğrudan etki sağlayan entegre bir yöntem kullanılarak toprakların çimentolarla güçlendirilmesine yönelik çalışmalar başarıyla yürütülmektedir. Ancak bunun hakkında daha fazlası aşağıda.

Yurt dışında da çimento-toprak teknolojileri 20. yüzyılın ilk yarısında gelişmeye başladı. 1920'lerde Amerika Birleşik Devletleri'nde, köy yollarının yüzeylerini oluşturmak için çimentolu topraklar kullanıldı. İkinci Dünya Savaşı'ndan sonra bu yöntem İngiltere, Belçika, Hollanda ve diğer ülkelerde yaygınlaştı. Avrupa ülkeleri. Böylece Hollanda'da 1956'dan bu yana on milyonlarca metrekare toprak sağlamlaştırıldı. Hemen hemen her yer kumluydu ve bu nedenle bu teknolojiye kum-çimento teknolojisi adı verildi. Almanya'da geçen yüzyılın 80'li yıllarında, ülkenin kuzeyindeki kumun stabilize edilmesi (Hamburg liman tesisleri, depolama alanları) ve köy yollarının inşası sırasında yılda yaklaşık 1 milyon ton çimento harcanıyordu. Fransa'da bu teknoloji 1972 yılında çimento şirketlerinin faaliyeti sayesinde kullanılmaya başlandı.

Yabancı yayınların çoğu, mekanik olarak sıkıştırılmış kaya dolgusu yerine, köy yollarını kaplamak için toprağı çimento veya çimento ve kireç karışımıyla güçlendirmenin çok ekonomik bir çözüm gibi göründüğünü belirtiyor. Köy yollarına ek olarak çimentolu topraklar, depolama alanları, otoparklar, demiryolu temelleri, kanallar, belirli bina türlerinin temelleri ve büyük toprak barajların inşası için amaçlanan topraklar için kaplamaların yapımında kullanılabilir. Görünüşe göre çimento-toprak teknolojisi, yol inşaat şirketlerinin ve derginin okuyucularının büyük ilgisini çekiyor.

Bu konuya kısaca değinmeye çalışalım.

Toprağı güçlendirme çalışmalarına başlamadan önce laboratuvarda bir ön analiz yapılması ve ardından çalışma sırasında sürekli izleme yapılması gerekmektedir. Topraklar esas olarak doğaları, granülometrileri ve su içerikleri bakımından farklılık gösterir.

Toprak az ya da çok yapışkan olabilir ve değişen oranlarda tın ve kil içerebilir.

Kil içeriği yüksek olduğunda, topaklanmayı ve nihayetinde araçların geçişi sırasında toprağın ufalanmasını iyileştirmek için toprağa ilk önce kirecin (%2-5) eklendiği karma güçlendirme adı verilen yöntem kullanılır. Sülfat içeren topraklar (%1'den fazla) sülfatın çimentoyla reaksiyona girmesi nedeniyle tehlikeli olabilir. Bu durumda, ya düşük miktarda trikalsiyum alüminat içeren çimento (denizcilik işlerine yönelik çimento) ya da yüksek miktarda mineral katkı maddesi içeren çimento (uçucu kül, yüksek fırın cürufu, puzolanlar) kullanılması gerekir. Yağmurdan sonra ıslak veya suya doymuş toprağın kısmen boşaltılması söz konusu olduğunda özellikle dikkatli olmanız gerekir. Bu, sönmemiş kireç kullanılarak veya toprağın bir "yırtıcı" ile havalandırılmasıyla yapılır.

Sülfat içeren topraklar (%1'den fazla) sülfatın çimentoyla reaksiyona girmesi nedeniyle tehlikeli olabilir.

Tipik olarak toprağın ana özelliklerini belirlemek için toprak testleri yapılır: akma dayanımı, plastisite sınırı, granülometrik eğri vb.; Optimum su ve çimento tüketimini belirlemek. Çimento tüketimi toprağa bağlı olarak %4-12 arasında değişebilir. Çoğu zaman% 6-20'dir. Örneğin tabloda. 2'den alınan verileri sağlar düzenleyici belgeler Almanya.

Tablo 2. Toprağın niteliğine göre çimento tüketimi

Toprağın doğası Çimento Tüketimi
% kuru toprak kg/m3 sıkıştırılmış taban
Çakıl-kum 4-7 80-120
Tınlı kum 6-10 120-160
Bir sıra parçacıkla zımparalayın 8-12 150-200
balçık 7-12 120-200
Kil 10-16 180-240

Plastik tınlıyı güçlendirirken kireç (% 2-3) ve çimento karışımı kullanılır. Ayrıca plastik zeminler için donma testleri yapılmaktadır. Köy yollarını çimento toprağı ile kaplarken çalışma birkaç aşamada gerçekleştirilir.

1. Aşama. Organik maddeleri (çim, çimen, kökler vb.) gidermek için toprağın tesviye edilmesi ve temizlenmesi ve ardından tesviye. Toprak aşırı derecede kuruysa, içeriği dengelemek ve tekdüze bir bileşim elde etmek için nemlendirilir. Çimento ve kirecin yüzeye dağıtımı, az miktarda manuel çalışma ile veya bağlayıcı bir "dağıtıcı" olan menteşeli bir mekanizma yardımıyla gerçekleştirilir.

2. aşama. Karıştırma. Toprağın bağlayıcı madde ile karıştırılması, makinenin birkaç ardışık geçişinde gerçekleştirilir (homojen bir karışım elde edilene kadar 4-6 kez) (Şekil 1). Böyle bir makine yatay diskler veya yatay veya dikey bıçaklarla donatılmıştır. Tipik olarak çimento-toprak tabakasının kalınlığı 15-35 cm'dir.

Sahne 3. Profil oluşturma ve sıkıştırma. Kanvasın profillenmesi motorlu greyderler kullanılarak gerçekleştirilir. Bundan sonra toprak, pnömatik veya titreşimli silindirin birkaç geçişiyle sıkıştırılır. Sıkıştırma derecesi laboratuvardaki numuneden elde edilenin en az %90'ına ulaşmalıdır. Çimento toprağının silindirle sıkıştırılmasının ardından yol yüzeyinin son planlamasına başlanır.

Aşama 4. Son aşama, yol yüzeyinin plastik film veya başka kaplama malzemesiyle korunması ve ardından bir kum tabakasıyla kaplanmasıdır. Bu tür bir koruma, arıtılmış topraktan suyun buharlaşmasını önlemek ve ayrıca yolu yağmurdan korumak için gereklidir. Belirli otoyol türlerinin temellerini güçlendirmek için yaklaşık olarak aynı teknoloji kullanılır. Ancak bu durumda tesviye edilmiş ve tesviye edilmiş toprak kumla karıştırılır.

Binaları yeniden inşa ederken ve yeni yapılar inşa ederken zayıf toprak sorunu sıklıkla ortaya çıkar. Böyle bir temel binadan gelen yüklere dayanamayabilir. Bu makalede onu güçlendirmenin çeşitli yöntemleri tartışılacaktır.

Toprak, yapıdaki tüm yüklerin toplamını emen bir katmandır. Geleneksel olarak tüm topraklar stabil ve kararsız olarak ikiye ayrılabilir. Sağlam - özel bir hazırlık gerektirmeden temelden veya yoldan gelen yüklere dayanacak kadar yoğun ve kuru. Kararsız, ön drenaj ve sıkıştırma çalışması gerektirir.

mekanik yöntem

Bu, bireysel yüksek mukavemetli ürünlerin (kazıklar) veya malzemelerin (toprak, kırma taş) uygulanmasının yanı sıra yapıyı değiştirmeden sıkıştırma (sıkıştırma/titreşim) anlamına gelir.

Betonarme kazıklarla güçlendirme

Buradaki fikir, uzun bir yığının zayıf bir toprak tabakasından geçmesi ve daha yoğun olanın üzerinde durmasıdır. Yük kazık boyunca dikey olarak iletilir. Ayrıca toprağın kazık yüzeyine sürtünmesiyle de yerinde tutulur. Çakma yöntemine göre, kazıklar yerinde dökülebilir (ön delme ile veya sondaj olmadan zemine çakılır), delinebilir (zemine batırılmış bir muhafaza borusuna sıvı beton dökülür) ve girintili kazıklar (özel bir kriko ile çakılır) yapılabilir. makine). Yöntem, hantal ve pahalı ekipmanların ve büyük bir inşaat alanının kullanılmasını gerektirir.


Toprak yığınları

Farklı fraksiyonlara sahip hazırlanmış bir granülometrik dolgu karışımı, önceden delinmiş bir deliğe dökülür. Katmanlar halinde sıkıştırılır. Etkisi betonarme kazıklarla karşılaştırılabilir, ancak çok daha ucuz ve daha çevre dostudur.

Zemin pedleri, sıkıştırma/titreşim, toprak değişimi

Belirtilen özelliklere sahip nispeten küçük gerekli katman kalınlığı ile kullanılır. Sıkıştırma, silindirler (kam ve pürüzsüz), titreşimli plakalar ve titreşimli veya titreşimsiz diğer ekipmanlar kullanılarak gerçekleştirilir. Tozlu kumlar suyla çarpılır. Yöntem, havaalanlarının, yolların ve diğer geniş alanların inşası için idealdir. Yöntemin kullanılması mümkün değilse, zayıf toprak tabakası kaldırılır ve daha güçlü bir tabaka ile değiştirilir.

Simantasyon ve enjeksiyonlar

İşin özü, bileşimine çimento ekleyerek toprağa istenen özellikleri kazandırmaktır.

Toprağın mekanik olarak karıştırılması çimento-kum harcı(simantasyon)

Uzunluğu boyunca delikler bulunan içi boş çubuklu özel bir burgu matkabı kullanılır. Burgu çalışmasıyla eş zamanlı olarak bunların içinden çimento harcı verilir ve toprağa karıştırılır. Yöntem nispeten ucuz ve kanıtlanmış. Esas olarak ıslak topraklarda kullanılır.

Jet enjeksiyonu

Ayrı olarak, klasiklere modern yaklaşımı da belirtmekte fayda var: jet sementasyonu. Çimento harcı çok yüksek basınç altında bir borudan beslenir, aynı anda enjeksiyon bölgesini kırar ve toprağa karışır. Özel ekipman kullanımını gerektirir.

Mekanik ve jet grouting, sıkışık koşullarda bile binaların üzerinde bulunduğu zeminlerin güçlendirilmesi için oldukça uygundur. Bu amaçla kompakt enjeksiyon tesisleri (“jet kazıkları” olarak adlandırılır) kullanılır. Dikey veya açılı olarak yerleştirilebilirler. Çalışmalar hızlı ve nispeten sessiz bir şekilde gerçekleştiriliyor ve şehir sokaklarına uygun.

Toprağın düzlem boyunca güçlendirilmesi (yol inşaatı)

Sürekli kaplamalar inşa edilirken, kombine toprak güçlendirme yöntemleri kullanılır. Arazideki kapsamları nedeniyle, bu tür nesneler önemli alanları ve buna bağlı olarak tabanın farklı kompozisyonunu kapsayabilir. Aşağıdaki yöntemler her zaman mekanik güçlendirme ile birlikte kullanılır.

Doğal granüllerle karıştırma

Granülometrik veya diğer dolgu maddelerinin eklenmesiyle özelliklerin değiştirilmesi. Toprağın durumuna bağlı olarak onu stabilize etmek için farklı doğal malzemeler kullanılır: kırma taş, çakıl, kum, kil, tın. Yöntem nispeten ucuz ve çevre dostudur ve kimyasal bileşenler gerektirmez. Karıştırma özel bir vidalı haznede gerçekleştirilir.

Mineral bağlayıcılarla karıştırma

Kireçleme eski çağlardan beri bilinen bir yöntemdir. Killi toprakların plastisitesini ve yapışkanlığını azaltarak, onları ıslanmaya karşı daha dayanıklı hale getirir. Eksiklikler arasında - düşük don direnci. Yolların ana (alt) katmanlarının hazırlanmasında kullanılır.

Toprağı organik bağlayıcılarla karıştırmak

Prensip yukarıda açıklananlardan farklı değildir. Katkı maddesi olarak çeşitli reçineler, bitümler, katranlar, katı ve sıvı emülsiyonlar kullanılmaktadır. Etkisi ve kapsamı da kabaca aynıdır. Özellikleri arasında, organik malzemenin (veya onun sentetik ikamesinin) yüksek maliyetine ve bu bileşenlerin doğal çevreye göre agresifliğine dikkat etmek önemlidir. Bu nedenle günümüzde bu yöntem pratikte kullanılmamaktadır.

Açıklanan üç teknolojiden ilk ikisini pratikte bağımsız olarak uygulayabilirsiniz. Kolayca temin edilebilen ve nispeten ucuz bileşenler ve temel karıştırma teknolojisi, onları bugün talep görmektedir. Geleneksel bir motorlu kültivatör kullanarak toprak yolun bir bölümünü veya avlu alanını güçlendirmek oldukça mümkündür.

Toprak drenajı

Toprağın zayıflığının ana faktörlerinden biri bileşiminde suyun bulunmasıdır. Onlardan nemin uzaklaştırılması, önemli ölçüde sıkışmaya ve akışkanlığın ortadan kaldırılmasına yol açar.

Termal sabitleme veya ateşleme

Kil içeren topraklarda etkilidir. Açılan kuyuya ısıya dayanıklı çelikten yapılmış delikli bir boru batırılır. Daha sonra içinden ısıtılmış gazlar (sıcak hava) verilir. Aşırı nem buharlaşır ve kilde pişirme etkisi oluşur. Bu yöntemin özelliği: gazları ısıtmak için yerel yakıt kullanabilirsiniz: kömür, yakacak odun.

Kimyasal yöntem - toprağın kimyasal çözeltilerle karıştırılması

Bunlardan en yaygın olanı silikatasyondur (silikasyon). Çok "geniş" bir yöntem, sıvı cam ve çözeltilerinin toprak bileşimine eklenmesinden oluşur. Önceden döşenmiş borulardan pompalanır ve daha sonra çıkarılır. Bu hazırlık sonucunda toprak taşlaşır. Dezavantajları - aynı düşük don direnci, malzemenin hızlı sertleşmesi, sınırlı kapsam. Toprağın bileşimine bağlı olarak, iş için çözeltinin kimyasal reaktifleri seçilir.


Elektrik yöntemi

Bu durumda elektroozmoz olgusu kullanılır. Suyun “artı”dan “eksi”ye doğru hareketi vardır. Toprağın kurumasına karşı etkilidir.

Elektrokimyasal yöntem

Alanın önceden hesaplanmış alanlarına kimyasal çözeltilerin eklenmesiyle elektroozmozun kullanılması. Bu, suyun katmanlardan geçişini kolaylaştırmak ve harekete istenilen yönü vermek için yapılır. Önemli miktarda enerji tüketimi gerektiren enerji yoğun bir süreç.

Yeterli düzeyde bilgi ve kullanılabilirliğe sahip gerekli unsurlar, elektroosmoz evde monte edilebilir. Detaylı talimatlar montaj talimatları teknik referans kitaplarında yer almaktadır. Elektroosmoz ayrıca temeller için kalıcı bir drenaj sistemi olarak da kullanılır.

Güçlendirme

Eğimler inşa ederken, kıyıları dekore ederken ve manzaralar oluştururken sıklıkla modern bir yöntem kullanılır: polimer yapı elemanlarıyla takviye. Hem düz yatay yüzeylerde (yollar, patikalar) hem de eğim olduğunda etkilidir.

Geogrid

Kural olarak bu, polimer delikli bantlardan oluşan üç boyutlu bir yapıdır. Çok dayanıklı petek yapısı tüm düzlemlerde harekete izin verir. Herhangi bir ince agrega veya yerel toprak, peteklerin içine basitçe dökülür. Sıkıştırma gerektirmez, su dökülerek sıkıştırma yapılır. Katman kalınlığı 10–25 cm.


Goetekstil

Çok katmanlı preparatlar yapılırken kullanılır. Bu çok katmanlı polimer kumaş esasen yüksek mukavemetli bir filtredir. Suyun geçmesine izin verir ancak katmanların karışmasına izin vermez. Aynı zamanda hatırı sayılır bir mukavemete sahip olduğundan yükü katmanlar arasında dağıtır. Uygulama kapsamı: yol inşaatı, tarım ve kentsel yönetim.


Geogrid

Çekme yüklerine karşı dayanıklıdır. Topraklarda nadiren kullanılır; ince tabaka takviyesi olarak ve diğer polimer malzemelerle kombinasyon halinde kullanılır.


Çim ile ekim

Eğimleri ufalanmaya karşı güçlendirmenin dekoratif bir yolu (diklik 1:1,5'ten fazla olmamalıdır). Çim, mekanik olarak sıkıştırılmış, su basmayan yamaçlara ekilir. Yıkanmayı ve erozyonu önler.

Kişisel bir arsada takviye elemanlarının fiyatı yoktur. Onların yardımıyla en fantastik peyzaj tasarımlarını yaratmak mümkün hale geliyor. Ayrıca bitkiler için (ithal) verimli katmanların oluşturulmasına da olanak tanırlar.

Vitaly Dolbinov, rmnt.ru

http://www. tamam. ru/ - RMNT web sitesi. tr

Toprağın güçlendirilmesi, mekanik dayanımlarını ve su direncini arttırmaya yönelik bir dizi önlem olarak anlaşılmaktadır. Kimyasal toprak güçlendirme, çeşitli reaktiflerle kimyasal işlem yoluyla toprakların yapay olarak dönüştürülmesidir. Aynı zamanda, reaktiflerin birbirleriyle ve toprağın bileşenleri ile etkileşimi reaksiyonları meydana gelir ve elde ettiği bina özelliklerinin (mukavemet, suya dayanıklılık vb.) dayanıklılığı sağlanır.

Toprağı güçlendirme süreci, bağlayıcıların ve diğer maddelerin toprak üzerindeki aktif etkisinin bir sonucu olarak yüksek yoğunluğun sağlanmasını sağlayan bir dizi teknolojik işlemi (kırma, karıştırma, bağlayıcıların dozlanması, nemlendirme, çözeltilerin hazırlanması, enjeksiyon, sıkıştırma) içerir. güçlendirilmiş toprağın hem kuru hem de suya doymuş durumda mukavemeti ve uzun vadeli stabilitesi.

Zeminleri güçlendirmek için yöntemler geliştirirken asıl görev, belirli yapısal ve mekanik özelliklere sahip yeni bir yapı malzemesi elde etmektir.

Toprağı güçlendirmek için yöntemin seçimi, güçlendirilmiş toprağın uygun uygulama alanını belirleyen inşaat veya mühendislik görevlerine bağlıdır: yol ve havaalanı inşaatı; temel mühendisliği; maden Mühendisliği; hidrolik mühendislik; güvenlik çevre.

Yol yapımında bağlayıcılar, yolların temellerini atarken ve yol kenarlarını güçlendirirken toprağı güçlendirmek için kullanılır.

Karayollarının ve havaalanlarının özelliği, bölgenin iklim, toprak ve hidrojeolojik koşullarına büyük bağımlılıklarıdır. İnşaatın özelliği, büyük miktarda çeşitli taş malzemelerin (kum, kırma taş vb.) kullanılmasıdır. Taş malzemeler, yerel topraklar, atıklar veya yan ürünler yerine birçok alanda yol ve havaalanı kaldırımlarının maliyetini azaltmak. endüstriyel işletmelerde kullanılmaktadır. Kural olarak, bu tür malzemelerin kullanımı, örneğin Portland çimentosu, Portland cüruf çimentosu, kireç, sıvı cam ve bitüm gibi bağlayıcıların yardımıyla güçlendirilmesini gerektirir. Yakıt külleri ve cürufları, yüksek fırın ve metalurji cürufları, alümina üretim çamuru vb. gibi endüstriyel atıklar yol kaplama bileşenleri olarak kullanılmaktadır.

Temel inşaatında zeminlerin bağlayıcılar kullanılarak kimyasal olarak güçlendirilmesi aşağıdaki sorunları çözer:
Rusya Federasyonu'nda yaygın olan çöken ve şişen topraklar üzerinde endüstriyel ve sivil yapıların inşası;
mevcut yapıların altındaki temellerin güçlendirilmesi (bu işlem yapının işleyişinde kesintisiz olarak gerçekleştirilir);
Büyük çaplı kazıkların ve desteklerin taşıma kapasitesinin arttırılması ve ardından toprağın yüzlerinin altında sağlamlaştırılması.

Madencilikte, zorlu madencilik ve jeolojik koşullarda maden çalışmalarını kazarken, bina yapıları yardımıyla maliyetli bir şekilde güvence altına almak yerine ve suya doymuş topraklarda çukurlar açarken toprak sağlamlaştırma kullanılır.

Hidrolik mühendisliğinde, toprağı güçlendirerek alüvyonlu topraklarda üzerlerine yüksek katlı toprak ve kaya dolgu baraj yapımı için geçirimsiz perdeler oluşturulur (örneğin barajın tabanında 2 milyon m3 topraktan yapılmış geçirimsiz perde oluşturulmuştur) Asvan Barajı).

Kimyasal toprak güçlendirme yöntemleri, beton temelleri agresif yeraltı suyu ve endüstriyel atık suyun zararlı etkilerinden korur. Bunu başarmak için, toprağa sertleştirici kimyasallar enjekte edilerek ve ayrıca dolgu işlemi sırasında toprağa özel korozyon önleyici katkı maddeleri enjekte edilerek sızıntı önleyici perdeler oluşturulur.

Zeminin güçlendirilmesi, özellikle doğa ve insanlar için tehlike oluşturan endüstriyel atıkların ve ara ürünlerin depolanmasına yönelik çeşitli yapıların inşası ve işletilmesi sırasında çevre sorunlarının çözümünde önemli ekonomik önem kazanmıştır. Bu tür atıklar ve ürünler ince ve kuru olabilir, bu durumda mühendislik görevlerinden biri bunların toz nedeniyle alana yayılmasını önlemektir. Atık ıslak bir süspansiyon ise (özellikle suda çözünebilen bileşikler içerdiğinde), o zaman toprağı güçlendirerek, zararlı maddelerin topraktan süzülürken yayılmasına engel olan geçirimsiz bir perde oluşturulabilir.

Güçlendirilebilecek zeminler granülometrik bileşimlerine göre iki gruba ayrılır:
1. Maksimum sıkıştırma ile ayrı ayrı yük taşıyan granüler bir çerçeve oluşturan ve koruyan önemli miktarda granül fraksiyon içeren iri taneli ve ince taneli gevşek topraklar (kayalar). Bu çerçeve, yüksek iç sürtünme ve parçacıklar arasındaki iyi yapışma nedeniyle yeterli stabiliteye sahiptir. Bu tür çerçeve karışımları, bağlayıcılar (Portland çimentosu, bitüm, kireç veya diğer maddelerin bir kombinasyonu) ve büyük ve dayanıklı parçacıklar (genellikle) arasındaki boşlukları dolduran küçük fraksiyonlar ekleyerek onlara yüksek mukavemet, kayma direnci ve su direnci kazandırarak etkili bir şekilde monolitik olabilir. tarla taneleri), direk ve kuvars veya kaya parçaları).
2. Tın ve kil, yani granüler bir destek çerçevesi olmayan kohezyonlu topraklar; kumlu tınlı topraklar bir ara pozisyonda bulunur. Bu toprak grubu kohezyonun varlığıyla karakterize edilir; güçlü ve büyük parçacıklardan oluşan bir çerçeveden yoksundur ancak yüksek fizikokimyasal ve kimyasal aktivite sergiler.

Bu grupların her biri petrografik, mineralojik, kimyasal bileşim ve diğer özellikleri bakımından büyük farklılıklar gösterebilir.

Kimyasal toprak konsolidasyonu teknolojisinde iki ana yön vardır:
enjeksiyonla güçlendirme, kimyasal ve çimentolama çözeltilerinin enjektörler kullanılarak toprağa veya kuyulara enjekte edilmesiyle gerçekleştirilir (yenidenleştirme, silikatizasyon, çimentolama). Bu durumda çözelti veya gaz formundaki reaktifler, doğal oluşum koşulları altında (toprak yapısını bozmadan) basınç altında enjeksiyon yoluyla toprağa verilir;
kuyularda toprağın çimento veya çimento ile geliştirilmesi ve karıştırılmasının yanı sıra çimento-kum, çimento-kil çözümlerini içeren sondaj-karıştırma güçlendirmesi. Bu konsolidasyon yöntemiyle, çimento veya diğer bağlayıcıların katkı maddeleri ile mekanik olarak karıştırılması sonucu toprağın doğal yapısı bozulmaktadır. Toprağın bağlayıcı madde ile karıştırılması özel mekanizmalar kullanılarak gerçekleştirilir.

Enjeksiyonla güçlendirme, belirli bir su geçirgenliğine sahip (kumlu, iri taneli, kırıklı kaya vb.) zeminlerde kullanılır. Toprakta yüksek miktarda petrol ürünü, yüksek tuzluluk ve ayrıca yeraltı suyu filtrasyon hızı 5 m/gün'ün üzerinde olduğunda, toprağın enjeksiyonla kimyasal olarak güçlendirilmesi mümkün değildir.

Matkapla karıştırma takviyesi tüm kaya olmayanlar için geçerlidir. Su geçirgenliğine bakılmaksızın killi olanlar da dahil olmak üzere tüm topraklar.

Bazen şunları da ayırt ederler:
yüzey güçlendirme - inorganik (çimento, kireç vb.) ve organik (bitüm, katran) bağlayıcıların, sentetik yüksek moleküler reçinelerin, bağlayıcılar ve diğer reaktiflerle kompleks güçlendirmenin eklenmesi;
derin güçlendirme - inorganik bağlayıcıların veya çözeltilerin, sentetik yüksek moleküler reçinelerin, kil ve çimento süspansiyonlarının enjeksiyonu, kimyasal çözeltiler veya düşük viskoziteli sollerin eklenmesi, donma, termal güçlendirme;
su geçirmez ve gaz geçirmez hale getirme - inorganik veya organik maddelerin ve çözeltilerin tanıtılması, karmaşık yöntemler.

Çeşitli bağlayıcıların kullanılması açısından mevcut toprak güçlendirme yöntemleri birkaç sınıfa ayrılabilir:
1. Portland çimentosu veya analogları (belit, sinterleme çamuru vb.) ile toprakların güçlendirilmesi.
2. Toprakların kireçle güçlendirilmesi.
3. Çeşitli bileşimlerdeki alkali silikat çözeltileriyle toprakların güçlendirilmesi.
4. Toprakların çeşitli bileşimlerdeki asitler ve tuzlarla güçlendirilmesi.
5. Petrokimya üretiminden kaynaklanan atıklarla (bitüm, bitüm emülsiyonları) toprakların güçlendirilmesi.
6. Sentetik yüksek moleküler bileşiklerle (furfural ve üre reçineleri, resorsinol-formaldehit ve kalsiyum akrilat reçineleri, polivinil alkol vb.) Toprakların güçlendirilmesi.
7. Karma yöntemler - örneğin sodyum silikat ve sülfürik asit çözeltileri, silikat-organik çözeltiler vb. ile toprakların güçlendirilmesi.

Bağlayıcı olarak sodyum silikat çözeltilerine dayalı bileşimler kullanıldığında toprakların güçlendirilmesine toprak silikatizasyonu, bağlayıcı olarak üre reçineleri kullanıldığında - reçineleştirme ve çimento harçları - toprağın sementasyonu denir.

Toprakları çeşitli bağlayıcılarla güçlendirirken, aşağıdakileri içeren kimyasal işlemler gerçekleşir: çimento tanelerinin hidrasyonu, hidrasyon ürünlerinin sertleşmesi ve bağlayıcıların toprağın ince dağılmış kısmı ile kimyasal etkileşimi sırasında ortaya çıkan yeni oluşumları; düşük molekül ağırlıklı bileşiklerin polimerizasyonu ve polikondensasyonu; sertleştirme bileşiminde yer alan aktif reaktiflerle kimyasal etkileşim.

Toprağın güçlendirilmesi sırasındaki fiziko-kimyasal süreçler, çimento minerallerinin (örneğin Ca(OH)2) hidroliz ve hidrasyon ürünlerinin toprağın ince bir şekilde dağılmış bir kısmı veya diğer katyonik veya anyonik maddeler tarafından absorbe edilmesini içerir. Bu durumda, ara yüzeydeki çözeltilerden maddelerin moleküler adsorpsiyonu, kil ve koloidal maddelerin pıhtılaşması, bunların mikroagregasyonu ve sementasyonu da gerçekleşebilir.

Toprağın güçlendirilmesi sırasında, toprak parçacıkları ve agregatlar ezilir, çimento, bitüm, kireç veya diğer bağlayıcılar ve reaktiflerle homojenleştirilir, bitmiş toprak karışımı nemlendirilir ve sıkıştırılır, ardından uzun süreli ıslak veya başka bir sertleştirme rejimi uygulanır. Bu çeşitli karmaşık süreçler birbiriyle yakından bağlantılıdır ve zaman içinde birbiriyle örtüşür. Böylece ince zeminler güçlendirilirken hem bağlayıcının toprak bileşenleriyle etkileşimi hem de bağlayıcının kendi sertleşmesi (çimento yapıştırıcısının oluşması) nedeniyle yeni oluşumların ortaya çıkmasına yol açan fizikokimyasal etkileşimler meydana gelir.

Zemin güçlendirme yönteminin seçimi, mühendislik probleminin türüne, toprağın mineralojik, granülometrik, kimyasal bileşimine, hava ve jeolojik koşullara ve belirli bir yöntemin ekonomik verimliliğine göre etkilenir.

Toprağı güçlendirmenin en yaygın yöntemi, çimento toprağının sertleşme sürecini düzenleyen katkı maddeleri (kalsiyum klorür, kireç, alkali metal tuzları, yüzey aktif maddeler) ile Portland çimentosu ve Portland cüruf çimentosunun kullanılmasıdır. Çimento toprağının oluşumu sırasında meydana gelen ana süreçler, çimentonun killi toprak parçacıkları ile etkileşimine bağlıdır. Bu etkileşim, çimentonun hidratlanmasıyla yüksek derecede reaktif Ca(OH)2'nin salınması sonucu oluşan yüksek pH'lı ortamda kil parçacıklarından silika ve alüminanın çözünmesi ve amorf bileşenin oluşmasından kaynaklanır.Çözünmüş bileşenler ek çimentolu malzeme oluşturabilir. kil parçacıklarını bir arada tutan kalsiyum iyonları ile. Toprağın çimentolanması için çimento, çimento-kum, çimento-kil-kum ve çimento-kil çözeltileri kullanılır. Bazı durumlarda çimento parçacıklarının toprağa geçirgenliğini arttırmak gerekir, bu amaçla çimento öğütme (ıslak veya kuru) veya büyük parçacıkların havayla ayrıştırılması gerçekleştirilir.

Dispers çimentolar, kırık kayalara daha iyi geçirgenliğe sahip enjeksiyon çözeltilerinin hazırlanmasını mümkün kılar. Süspansiyonların mukavemetindeki artışı hızlandırmak için CaC12 (%0,5-3,0) eklenir, stabiliteyi arttırmak için bentonit (%1-5) eklenir. Asidik topraklar için, güçlendirilen toprağın mukavemetinin arttırılmasına yardımcı olan küçük (%0,6-3,2) Ca(OH)2 ilavelerinin yapılması tavsiye edilir.

Toprağın içerdiği humik humus maddeleri sertleşmesini olumsuz yönde etkiler, asitlik arttıkça etkileri artar, bu da humik maddelere dahil olan organik asitlerin ve tuzların niceliksel oranı ve niteliksel bileşimindeki bir değişiklikle ilişkilidir. Hümik maddelerin çimento toprağındaki yapı oluşum süreçleri üzerindeki etkisi, tek başına kireç veya kalsiyum klorür ile birlikte kireç ilavesiyle zayıflatılabilir. Karışım nemlendirildiğinde kireç, toprağın ince dağılmış kısmı ve hümik maddelerle iyon değişim etkileşimine girerek onları kalsiyum iyonlarıyla doyurur. Bu, hidratlı çimento tanelerinin sertleşmesi için uygun bir alkalin ortam yaratır ve çözeltideki kalsiyum katyonlarının varlığı, suda çözünmeyen kalsiyum humatların oluşumuna yol açar. Çimento toprağının bir bileşeni olarak, bazı durumlarda Portland çimentosu ile birlikte, yerel kimyasal ve metalurji atık ve yan ürünleri ile yakıt üretimi - yakıt cürufu ve uçucu kül, yüksek fırın cürufu, alümina üretiminden kaynaklanan atıklar (nefelin çamuru) ve boksit çamuru) kullanılmaktadır.

Humus içeriği yüksek toprakların yanı sıra tuzlu toprakları güçlendirmek için kireç, soda, sıvı cam, potas, inorganik bileşik kreması ve polimerlerin ilavesiyle Portland çimentosuna dayalı bileşimler sıklıkla kullanılır.

Çeşitli bileşimlerde ve oluşumlarda güçlendirilmiş toprakların güçlü ve hidrofobik bir yapısının oluşturulmasını sağlayan bağımsız aktif reaktifler olarak sentetik polimer bileşiklerinin kullanılması umutları ortaya çıkmıştır.

En önemli özellikler Polimerlerin zemini güçlendirmeye uygunluğunu gösteren değerlendirmelerde aşağıdaki hususlar dikkate alınmalıdır:
polimerin toprağa sokulması, karışımın karıştırılması, nemlendirilmesi ve sıkıştırılması aşamasında suda (monomer veya polimer formunda) düşük viskozite, çözünürlük veya emülsifikasyon;
güçlendirilmiş toprağın sertleşme aşamasının tamamlanmasından sonra suda çözünmezlik ve ıslanmazlık (hidrofobiklik), reçine kürleme işlemlerinin 0 ila 35 ° C sıcaklık aralığında hava veya su ortamında gerçekleşmesi gerekirken;
hidrofilik kil minerallerine göre seçici adsorpsiyon yeteneği;
fiziksel ve kimyasal saldırılara ve biyolojik bozulmaya dayanma yeteneği;
0 ila 35 ° C sıcaklık aralığında yüksek nemde toprak işleme çalışmaları yapabilme yeteneği.

Yüksek moleküllü bileşiklerin oluşumu sırasında meydana gelen ana kimyasal işlemler polimerizasyon ve polikondensasyondur. Sentetik yüksek moleküllü bileşikler olarak furfural reçineler, üre reçineleri vb. kullanılır.

Zeminlerin kimyasal olarak güçlendirilmesi sırasında hem inorganik hem de organik polimerler, güçlendirilmiş zeminlerde değişen derecelerde suya doymuş jeller şeklinde çimentolu oluşumlar oluşturur. doğal şartlar buluşamayabilir. Doğal çimentolamanın aksine, toprakların kimyasal olarak güçlendirilmesi, en iyi ihtimalle 5 MPa'dan fazla olmayan tek eksenli basınç dayanımı elde edilerek neredeyse anında (jeolojik anlamda) gerçekleştirilir, doğal çimentolama ise son derece uzun sürer. daha yüksek mukavemetli tortul kayaların oluşumu ile.

Sonuçta ortaya çıkan değişken bileşimli bileşik, kılcal damarın duvar tabakasında ince filmler formunda çimentolaşan yeni bir oluşumdur.

Düşük neme ve suya doymuş kumları güçlendirmek için iki çözeltili toprak silisleşme yöntemi kullanılır; kum güçlendirmenin tek eksenli basınç dayanımı 2-4 MPa'ya ulaşır. Güçlendirilmiş kum, tam su direnci, yüksek donma direnci, asitlere ve nötr ve asidik tuz çözeltilerine karşı direnç kazanır, ancak silisik asidin alkali çimentolama jelinin çözünmesi nedeniyle alkali ortamlarda çok stabil değildir. Bu yöntem en ucuz, toksik olmayan yöntemlerden biridir, basit ekipman gerektirir, ancak sodyum silikat çözeltisinin yüksek viskozitesi nedeniyle düşük geçirgenlikli toprakların güçlendirilmesi için kabul edilemez.

Tek çözeltili toprak silisleştirme yönteminin özü, sağlamlaştırılan toprağa bir sodyum silikat çözeltisinin enjekte edilmesi, kimyasal katkı maddeleri ile önceden karıştırılmasıdır; bu, kesin olarak tanımlanmış bir zamanda, çimento oluşturan bir silisik asit jelinin oluşumuna yol açar. toprak.

Böylece toprağa sodyum silikat çözeltisi ve sertleştirici katkı maddelerinden oluşan bir karışım enjekte edilir. Asit ve asit tuzlarının yanı sıra organik sertleştiricilerin çözeltileri, sodyum silikat çözeltisini sertleştirmek için kullanılan pıhtılaştırıcı (sertleştirici) kimyasal reaktifler olarak kullanılır. Bu durumda silisik asidin iki çimentolama jelinin oluşumu mümkündür: alkalin ve asidik.

Jel oluşum hızı, asit veya asit tuzunun bileşiminden, jelin nötralizasyon derecesinden, jelleşme sıcaklığından ve parçacıkların yüzeyinde hidratlanmış silisik asit filminin oluşumundan ve yapısından etkilenir.

Gelişmiş çok sayıda zayıf asitlerin ve büyük tampon kapasitesine sahip asit tuzlarının çözeltilerinin sertleştirici olarak kullanıldığı alkali ve asidik jel oluşturucu çözeltilerin bileşimleri - NaH2P04, NaHCC>3, NaHS04, (NH4)HC03, A12 3, (NH4)2S04 .

İnşaatta en yaygın olarak kullanılanlar alüminosilikat ve silikoflorosilikat formülasyonlarıdır.

Son zamanlarda, sıvı cam bağlayıcılar için sertleştirici olarak organik sertleştiricilerin, özellikle esterlerin kullanıldığı işlemler geliştirilmiştir. Silikat çözeltilerini sertleştirmek için kullanılan esterlerden en erişilebilir ve en ucuz etil asetat CH3COOC2H5 (etil asetat) kullanılır.

Bir silikat çözeltisinin kuvvetli alkalin ortamında, etil asetatın sabunlaşma reaksiyonu, sodyum asetat ve etil alkol oluşumu ile meydana gelir:

CH3COOC2H5 + NaOH – CH3COONa + C2H5OH.

Silikat çözeltisinde alkalinin nötralizasyonu sonucunda silikat modülü artar ve jelleşme (Si02 jeli) meydana gelir. Eklenen etil asetat miktarı yaklaşık %6'dır.

Enjeksiyonlu toprak güçlendirme teknolojisi, toprakların gözeneklerine ve boşluklarına (doğal oluşumlarında) toprakları sertleştiren ve pekiştiren kimyasal reaktiflerin iki ayrı olarak enjekte edilen çözelti (iki çözelti yöntemi), bir çözelti (tek çözelti) şeklinde basınç altında enjekte edilmesinden oluşur. -çözelti tek bileşenli yöntem), tek çözelti ve gaz (iki bileşenli gaz yöntemleri), iki bileşenin jel oluşturan karışımları (tek çözeltili iki bileşenli yöntemler).

Sabitleme reaktiflerinin toprağa enjeksiyonu, basınçlı hava basıncı altındaki pompalar kullanılarak, esas olarak enjektörlerin yukarıdan aşağıya dikey ve eğimli nüfuz ettiği teknoloji kullanılarak gerçekleştirilir. Enjektörler, sabitleme bileşenlerinin basınç altında toprağa enjekte edildiği, bir şekilde toprağa verilen özel cihazlardır.

Yeni binaların inşası veya eskilerinin yeniden inşası, sağlam ve emniyetli olmaları için güvenilir bir temel gerektirir, ancak toprak zayıf olabileceğinden her zaman bu koşulları sağlayamaz. Bu durumda güçlendirilmesi gerekir ve bu, inşa edilen nesnelerin bölgesinin özelliklerine bağlı olarak çeşitli şekillerde yapılabilir.

Toprak kuru ve yoğunsa, ek hazırlık yapılmadan bina inşaatı yapılabilir - bu stabil bir topraktır. Zayıf veya dengesiz toprağın boşaltılması veya sıkıştırılması gerekebilir. Toprak sıkıştırma genellikle hem özel sektörün hem de endüstriyel tesislerin geliştirilmesi için satın alınabilecek yol levhaları gibi alternatif malzemeler kullanılarak gerçekleştirilmektedir.

mekanik yöntem

Bu durumda, ek elementler veya malzemeler eklenerek toprak güçlendirilir: kazıklar, kırma taş, toprak vb. Yapıyı biraz sıkıştırmak için sıkıştırma ve benzeri işlemleri kullanabilirler. Özelliklerini ele alalım.

  1. ile güçlendirme betonarme kazıklar. Bu yöntemin özü, yığının zayıf bir toprak tabakasından geçerek daha yoğun bir tabakaya ulaşması, orada kendini sabitlemesi ve böylece toprağı güçlendirmesidir. Böyle bir güçlendirmeyi düzenlemek için çeşitli yöntemler kullanılır: örneğin, kazık özel bir makine ile preslenebilir veya bunun için veya onsuz bir delik açarak zemine sürülebilir. Ayrıca bir borunun zemine batırılması ve daha sonra içine beton dökülmesi seçeneği de vardır. Her durumda, bu yöntem çok büyük çaba ve önemli bir inşaat alanı gerektirir; esas olarak büyük nesnelerin yapımında kullanılır.
  2. Toprak yığınları. Prensip ve etki önceki seçenekle karşılaştırılabilir, ancak çok daha ucuz ve daha çevre dostu olduğu ortaya çıkıyor. İÇİNDE Genel taslak, yaratılış prensibi şuna benzer: içine farklı fraksiyonlardan dolgu maddesinin yavaş yavaş döküldüğü bir delik açılır ve tüm bunlar periyodik olarak sıkıştırılır. Sonuç olarak, güvenilir bir şekilde güçlendirilmiş toprak elde ederiz.
  3. İhtiyaç duyulacak toprak tabakası küçükse, o zaman araçları kullanabilirsiniz. silindirler, titreşimli plakalar kullanarak sıkıştırma ve diğer bazı cihazlar. Taban siltli kum ise, su ile birlikte sıkıştırma yapılır. Bu yöntem yollar, hava alanları vb. nesnelere uygulanabilir. Toprak bu yöntemin işe yaramayacağı kadar zayıfsa, onu çıkarmak ve başka biriyle değiştirmek mantıklı olur.

Simantasyon

Dikkati hak eden bir yöntem. Burada toprağı güçlendirmek için üzerine çimento çözeltisi eklenir ancak teknolojiler farklı olabilir:

  • basit simantasyon toprak basitçe çimento harcı ile karıştırıldığında: ikincisi, aynı zamanda toprağı harçla hemen karıştıran özel bir mekanizma kullanılarak beslenir. Yöntem çok ucuzdur ve genellikle toprakların suyla dolu olduğu bölgelerde kullanılır;
  • jet enjeksiyonu- biraz geliştirilmiş bir yöntem. Burada çimento harcı yüksek basınç altında sağlanır özel mekanizma doğrudan yere. Basınç altında bir delik oluşturulur ve hemen çimento ile karıştırılır.

Bu yöntemlerin her ikisi de harika çalışıyor. bu durumda bile bina zaten inşa edilmişse ve toprağın güçlendirilmesi gerekiyor. Bu durumda, iş neredeyse sessizce gerçekleştirilir ve karıştırma için çimento hem yüzeye dik hem de açılı olarak sağlanabilir.

Güçlendirme

Takviye, takviyenin polimer yapı elemanları kullanılarak gerçekleştirildiği daha modern bir yöntemdir. Yöntem sadece düz alanlar için değil aynı zamanda eğimli alanlar için de, yamaçların, kıyıların güçlendirilmesi ve manzara oluşturulması için uygundur. farklı şekiller. Kullanılan en yaygın tasarımlar arasında dikkat edilmesi gerekenler:

Düzlem takviyesi

Uzunluğu çok fazla olan bir nesne inşa etmeniz gerektiğinde, birden fazla yöntem kombinasyonunu kullanırsınız çünkü toprağın bileşimi ve özellikleri farklı noktalarda büyük ölçüde farklılık gösterebilir. Bu nedenle, mekanik yöntemlerin yanı sıra bu tür yöntemlerin kullanımı da yaygındır: doğal materyaller: Kırılmış taş, toprak, kil, kum, balçık vb. - bazın özelliklerine bağlı olarak. Karıştırma özel bir cihazda gerçekleşir ve sonunda geniş alanları stabilize etmenin oldukça çevre dostu bir yolunu elde ederiz;

Toprak drenajı

Çoğu zaman, toprağın daha yoğun ve daha güvenilir hale gelmesi için, fazla suyun basitçe uzaklaştırılması yeterlidir ve bu, belirli kimyasallar veya işlemler kullanılarak yapılır:


Böylece, zayıf topraklı bir alanda hangi nesnenin bulunacağına bağlı olarak, onu stabilize etmenin en uygun yöntemi seçilir.



 

Okumak faydalı olabilir: