Методи зміцнення ґрунтів у дорожньому будівництві. Зміцнення ґрунтів цементом – надійність на роки

Розробка методів хімічного закріплення грунтів розпочалася 1931 р., коли вітчизняний учений Б.А. Ржаніцин розробив унікальний дворозчинний спосіб силікатизації водонасичених пісків. За цією ж схемою здійснювалася силікатизація просадних лісових ґрунтів, в якій роль другого реагенту виконував безпосередньо ґрунт.

На стадії хімічні способи закріплення грунтувалися на використанні неорганічного полімеру - силікату натрію. На наступному етапі вчені стали змішувати силікат натрію невеликої щільності з розчинами кислот, що затверджують, і солей. Мала в'язкість розчинів (1,5-3,0 мПа.с) дозволила закріплювати піщані грунти з коефіцієнтом фільтрації від 0,2 до 2,0 м/сут.

Сьогодні, у зв'язку зі значним розвитком хімії органічних полімерів, найбільш популярними реагентами є смоли, що випускаються хімічною промисловістю, а саме сечовиноформальдегідна (карбамідна) смола. Як затверджувач використовують соляну та щавлеву кислоти. Однак деяка токсичність, обумовлена ​​виділенням вільного формальдегіду в момент розробки закріпленого масиву, тобто при проходженні тунелю або розтині котловану, обмежує застосування цього способу. Внаслідок лабораторних досліджень вдалося значно зменшити виділення вільного формальдегіду. Це трохи знизило міцність закріплення, але дозволило застосовувати смолізацію під час проходження підземних виробок.

У розробку рецептур хімічних способів закріплення пісків та лесів великий внесок зробили доктори технічних наук В. В. Аскалонов та В. Є. Соколович.

Хімічне закріплення ґрунтів у широкому значенніє штучне цілеспрямоване перетворення будівельних властивостей природних ґрунтів їх хімічною обробкою різними реагентами, заснованої на реакціях взаємодії реагентів між собою або за участю хімічно активної частини ґрунтів. Таке закріплення ґрунтів забезпечує незворотність та довговічність набутих ними властивостей.

Ін'єкційне хімзакріплення незворотно підвищує механічну міцність і стійкість, зменшує стисливість та водопроникність ґрунтів, а також усуває просідання при замочуванні лесів та лісоподібних ґрунтів, що забезпечує широкі можливості його застосування для вирішення багатьох практичних завдань у будівництві.

У промисловому та цивільному будівництвіін'єкційне хімзакріплення грунтів застосовується для:

посилення та улаштування основ, фундаментів будівель, що споруджуються;

посилення основ та фундаментів існуючих будівель та споруд;

пристрої захисних стін та інших підземних конструкцій із закріплених ґрунтів як заходи проти зрушень ґрунтів при їх підробітку гірничими виробками;

улаштування підпірних стінок та зміцнення укосів при розтині будівельних котлованів та інших відкритих виробок;

підвищення несучої здатностіпаль та інших опор;

як тимчасовий захід при проходженні в слабких ґрунтах різних підземних виробок.

З хімічної точки зору в основі ін'єкційного хімзакріплення грунтів лежить явище конденсації неорганічних і органічних полімерів (кріплювачів) при їх взаємодії з коагулянтами (затверджувачами) і полягає в затвердінні полімерів у порах і тріщинах грунтів, чим забезпечуються позитивні зміни фізико-механічних властивостей.

Закріплення ґрунтів на основі розчинів силікату натрію незалежно від застосовуваних затверджувачів називається силікатизацією, на основі карбамідних смол – смолізацією, на основі цементних розчинів – цементацією.

Хімічні речовини, що беруть участь у процесі закріплення грунтів, в розчинах або гази називаються закріплюючими реагентами.

Суміш розчинів кріплювачів та затверджувачів робочих концентрацій при однорозчинному хімзакріпленні ґрунтів називається гелеутворювальною сумішшю.

З технологічної точки зору ін'єкційне хімзакріплення полягає в нагнітанні під тиском у пори ґрунтів у їхньому природному заляганні отверждающихся і закріплюють ґрунти різних хімічних реагентів у вигляді двох окремо нагнітається розчинів (дворозчинний спосіб), одного розчину (однорозчинний однокомпонентний спосіб), газові способи), гелеутворюючих сумішей з двох компонентів (однорозчинні двокомпонентні способи).

При закріпленні ґрунтів під існуючими будинками та спорудами з старими фундаментами як допоміжний захід проти ймовірних витоків закріплювальних реагентів через порожнини та тріщини в кладці при нагнітанні передбачається попередня цементація фундаментів на контакті підошви з основою (допоміжна цементація).

Для закріплення ґрунтів у промисловому та цивільному будівництві застосовуються спеціально розроблені та випробувані досвідом ін'єкційні хімічні способи. Кожен із способів має свою область застосування, обмежену величинами коефіцієнта фільтрації - для піщаних ґрунтів і значеннями коефіцієнта фільтрації, ємності поглинання та ступеня вологості - для лісових ґрунтів. Вибір способів закріплення для конкретних ґрунтів здійснюється, керуючись зазначеною таблицею, з урахуванням гранулометричного складу, номенклатури, коефіцієнта фільтрації та інших характеристик природних ґрунтів, а також проектних вимог до властивостей міцності закріплених ґрунтів.

З метою підвищення ефективності (міцності та радіусу) закріплення ґрунтів однорозчинними способами силікатизації та смолізації, за винятком силікатизації просадних лісових ґрунтів, у багатьох випадках буває доцільно проводити попередню хімічну обробку ґрунтів затверджувачами. Питання про попередню хімічну обробку вирішується в результаті проведення спеціальних лабораторних досліджень та дослідних робіт у натурних умовах з хімзакріплення ґрунтів.

Залежно від інженерно-геологічних умов, розташування об'єкта, обсягу робіт, габаритів та технічних характеристикобладнання реалізується одна з технологічних схем виконання робіт:

зміцнення ґрунтів з денної поверхні (залежно від місцевих умов розчинний вузол переміщають об'єктом у міру просування фронту робіт або залишають у центральній частині, розчин подається трубопроводами, прокладеними до ділянки ін'єкційних робіт);

зміцнення ґрунтів з підземного виробітку в один етап або, при протяжній зоні нестійких ґрунтів, поетапно, з чергуванням фаз зміцнення та проходки (бурове та ін'єкційне обладнання розміщується у вибої);

зміцнення ґрунтів з підземного виробітку при розміщенні бурового обладнання в вибої, ін'єкційного (розчинозмішувального та насосного) - на денній поверхні.

Розташування ін'єкційних свердловин має забезпечити необхідний контур і суцільність зміцнення грунтового масиву (відстань між свердловинами і рядами свердловин залежить від характеристик грунту, що зміцнюється, і проникаючої здатності ін'єкційних розчинів).

Додаткові свердловини слід призначати в тому випадку, якщо після ін'єкції розчину в свердловинах будуть виявлені зони з поглинанням розчину, що перевищуватиме в 10 разів середнє поглинання для даної черги свердловин, ділянки з неповноцінною ін'єкцією або ділянки свердловин, які не могли бути пробурені до проектної глибини обставин.

Обладнання для проведення робіт із зміцнення ґрунтів слід вибирати в залежності від способу зміцнення ґрунтів (ін'єкція, струминна цементація), обсягів робіт, виду ін'єкційного розчину та технологічної схеми його приготування та нагнітання.

Бурове обладнання в залежності від призначення повинно забезпечувати ударно-обертальний та обертальний способи буріння свердловин, необхідний їх напрямок, глибину буріння та діаметр свердловин.

Змішувальне та нагнітальне обладнання, оснащене контрольно-вимірювальною апаратурою, повинно забезпечувати ретельне перемішування компонентів розчину, необхідний тиск нагнітання, високі темпи робіт при мінімальних трудових та матеріальних витратах, найменше захаращення будівельних майданчиків, зручність транспортування, монтажу, демонтажу та безпечне обслуговування.

Залежно від гідрогеологічних умов ділянки та прийнятої технології ін'єкції при нагнітанні розчину слід використовувати кондуктори чи пакери. При обробці тріщинуватих ґрунтів нагнітання розчину здійснюється через буровий став або манжетну колону, а для обробки незв'язних ґрунтів - через забивні ін'єктори, ін'єктори-тампони або манжетні колони.

Кондуктори призначені для закріплення та герметизації гирла свердловини, забезпечення заданого напрямку свердловини при бурінні, для встановлення на свердловині ін'єкційної головки із запірною арматурою та вимірювальними приладами.

Пакери призначені для герметизації свердловини (поодинокий пакер) або ізолювання ділянки свердловини, наміченої для ін'єкції (подвійний пакер). Закріплення пакера в свердловині відбувається за рахунок механічного обтиснення або гідравлічного розширення гумових манжет, укріплених на ставці нагнітального.

Манжетні колони, встановлені в свердловини, дозволяють обробляти незв'язні ґрунти в будь-якій послідовності, на будь-яких ділянках і виконувати багаторазову ін'єкцію розчинів різних типів в ту саму свердловину.

Устаткування свердловин (кондуктори, пакери, манжетні колони, ін'єктори, превенторні пристрої тощо) підбирається залежно від інженерно-геологічних та гідрогеологічних умов об'єкта та способу ін'єкції ґрунтів.

Методи зміцнення ґрунтів на кшталт використовуваних ін'єкційних матеріалів поділяються на цементацію, силікатизацію та смолізацію; за методом введення розчину в ґрунт - на звичайну ін'єкцію та струминну цементацію.

Цементація грунтів як спосіб є заповненням порожнеч, тріщин і великих пір у великоуламкових грунтах розчином, що утворює згодом твердий цементний або цементно-глинистий камінь.

Для цементації можна використовувати цементні, цементно-піщані та цементно-глинисті розчини. У кожному окремому випадкунеобхідно вибирати як склад розчину, і його водоцементне відношення (В/Ц), яке може змінюватися від 1 до 0,4. Крім того, ін'єкційні розчини повинні володіти наступними характеристиками: рухливістю розчину по конусу АзНІІ 10-14 см, водовідділенням протягом 2 год 0-2%, міцністю при стисканні після твердіння протягом 28 діб 1-2 МПа. Вихідна щільність таких розчинів, як правило, становить 1,60-1,85 г/см3. Всі ці показники визначаються проектом.

Застосування цементних розчинів, як встановлено практикою, не припиняє повністю фільтрації. Це пояснюється підвищеною крупністю помелу цементу, який нині має розмір частинок близько 50 мкм, а це означає, що тріщини розміром 0,2 мм фізично не можуть бути зацементовані.

На відміну від цементації глинізація може застосовуватися для заповнення карстових порожнин лише в сухих породах, здатних після нагнітання глинистого розчину вбирати з нього воду. У зв'язку з цим після заповнення порожнин глинистий розчин повинен знаходитися протягом декількох діб під гідравлічним натиском.

При глінізації застосовують глинистий розчин щільністю 1,2-1,3 г/см3.

В результаті підвищення тиску (понад 2 МПа) вода з глинистого розчину віджимається, зневоднене глинисте тісто щільно заповнює порожнечі і порода стає водонепроникною.

Глінізація так само, як і цементація, може застосовуватися тільки при невеликих швидкостях руху ґрунтових вод, щоб уникнути винесення розчину з зони, що тампонується, тобто в гравілистих і тріщинуватих грунтах, в яких коефіцієнт фільтрації знаходиться в межах від 50 до 5000 м/сут.

цементація ін'єкційне будівництво

Рисунок 1 Технологічна схема процесу цементації ґрунтової основи: 1 - ємність для замішування розчину; 2 – насос для розчину; 3 - напірний трубопровід; 4 – зворотний труопровід; 5 – ін'єктори; 6 - укріплений ґрунт

У 1931 р. був розроблений дворозчинний спосіб силікатизації, сутність якого полягала в тому, що в піщаний ґрунт будь-якої вологості через забиту металеву перфоровану трубу (ін'єктор) почергово нагнітали розчин силікату натрію (натрієве рідке скло) Na2OnSiO2 та розчин хлористого кальцію CaCl2. В результаті хімічної реакціїміж ними в порах ґрунту утворюється гідрогель кремнієвої кислоти, і ґрунт швидко і міцно закріплюється.

Дворозчинний спосіб забезпечує високу міцність ґрунту та практично його повну водонепроникність. Недоліками цього є висока вартість і велика трудомісткість робіт. Тому його переважно застосовують при посиленні основ під спорудами. Закріплений ґрунт має кубикову міцність 1,5...3,5 МПа.

Міцність закріпленого ґрунту не знижується при дії на нього агресивних вод.

Для закріплення дрібних та пилуватих пісків з коефіцієнтом фільтрації від 0,0006 до 0,006 см/сек застосовують однорозчинний спосіб. У ґрунт нагнітають гелеутворюючий розчин з рідкого скла та фосфорної кислоти або з рідкого скла, сірчаної кислоти та сірчанокислого амонію. Перша рецептура забезпечує більш швидке гелеутворення.

Міцність закріпленого ґрунту значно нижча, ніж при дворозчинному способі. Цей спосіб знаходить застосування головним чином при влаштуванні протифільтраційних завіс.

Однорозчинний спосіб силікатизації використовують і для закріплення лесових просадних ґрунтів, що мають коефіцієнт фільтрації від 0,0001 до 0,0023 см/сек.

При цьому грунт нагнітають розчин одного рідкого скла. Гелеутворення відбувається за рахунок реакції розчину рідкого скла з водорозчинними солями ґрунту та його обмінним комплексом. Роль другого розчину виконує сам ґрунт.

Не рекомендується застосовувати силікатизацію для закріплення ґрунтів, просочених нафтовими продуктами, смолами та маслами, за наявності ґрунтових вод, що мають рН>9 при дворозчинному способі, і у разі рН>7,2 ​​при однорозчинному способі силікатизації дрібних та пилуватих пісків.

Недоцільно піддавати силікатизації ґрунти, коли швидкість ґрунтових вод перевищує 0,006 см/сек.


Рисунок 2 Технологічна схема процесу силікатизації ґрунтової основи: 1 – насос для відкачування води з катода; 2 - наголовник; 3 - ніпель; 4- генератор постійного струму (для електросилікатизації); 5 – бак з розчином; 6 - балон зі стисненим повітрям (компресор); 7 - перфорована частина ін'єктора; 8 - наконечник ін'єктора; 9 - додатковий ін'єктор (для електросилікатизації)

При силікатизації просадних лісових ґрунтів з вологістю 16-20% ін'єкцію силікатного розчину щільністю 1,13-1,20 г/см3 можна здійснювати за допомогою забивання ін'єкторів або через стінки свердловин. Для цього бурильним верстатом ЦГБ-50 проходять свердловину завглибшки, що дорівнює довжині першої заходки. Довжина заходки в існуючій практиці становить 2-3 м. Потім у верхній зоні заходки встановлюють надувний тампон, через який шлангом від насоса розчин нагнітають в грунт. Потім тампон виймають із свердловини та виробляють її буріння на довжину наступної заходки. Так повторюють на всю глибину закріплення лісу просідання.

При хімічному закріпленні піщаних ґрунтів на глибині 50-150 м, нагнітання хімічних розчинів здійснюють через манжетні ін'єктори, що опускаються в пробурену під захистом глинистого розчину свердловину діаметром 120-150 мм. Свердловину пробурюють на всю глибину зони, що закріплюється, потім в свердловину, заповнену глинистим розчином (завдяки чому стінки її не вимагають кріплення), занурюють ін'ектор з гумовими манжетами, що закривають його отвори. Після цього через нижню манжету із застосуванням тампона нагнітають цементно-глинистий розчин, який заповнює зазор між ін'єктором та стінкою свердловини. Цей варіант дозволяє надалі нагнітати закріплюючий розчин у будь-якій зоні ін'єктора. Манжетний ін'ектор може бути використаний для закріплення ґрунту під існуючими будинками шляхом задавлювання його із спеціально підготовленої траншеї.

Таким чином, застосування ін'єкторів різної конструкції дозволяє нагнітати хімічні розчини на потрібну глибину.

Смоли, які можуть бути використані для закріплення грунтів, повинні мати невисоку в'язкість і полімеризуватися в порах грунту при температурі від 4 до 10 °С. До таких смол відносяться:

сечовино-формальдегідні (карбамідні), що утворюються в результаті поліконденсації сечовини та формальдегіду;

фенольні, що утворюються в результаті поліконденсації фенолів та альдегідів;

фуранові, що утворюються при конденсації фурфуролу та фурилового спирту; акрилові - похідні акрилової кислоти;

епоксидні, що виходять при конденсації епіхлоргідрину (або дихлоргідрину) з поліамінами, фенолами, поліспиртами та іншими сполуками.

Найприйнятнішою для закріплення ґрунтів за всіма критеріями є сечовиноформальдегідна (карбамідна) смола з різними затверджувачами. Ця смола легко розчиняється у воді, має малу в'язкість, затверджується за невисокої температури, а найголовніше випускається вітчизняною промисловістю у вигляді клеїв у великому масштабі і за своєю ціною цілком доступна для широкого використання при закріпленні грунтів.

Сутність способу полягає в нагнітанні в ґрунт гелеутворюючого розчину, що складається з розчину смоли та затверджувача у вигляді соляної або щавлевої кислоти. Спосіб забезпечує міцне закріплення, надає ґрунтам водонепроникність. Крім того, спосіб дозволяє закріплювати карбонатні ґрунти. При підвищеному вмісті карбонатів (до 3%) проводиться попередня обробка ґрунту розчином кислоти в об'ємі, що дорівнює об'єму гелеутворюючого розчину.


Рисунок 3 Технологічна схема процесу смолізації ґрунтової основи: 1 – ін'ектор; 2 – робочий шланг; 3 – манометр; 4 – робочий бачок; 5 - пробковий шланг; 6 - компресор або балон зі стисненим повітрям

Цементація ґрунтів

Цементно-грунтова технологія заснована на змішуванні до однорідного стану цементу та природного ґрунту при встановленому вмісті води та ущільненні з метою надання укріпленому ґрунту певних властивостей: міцності, стійкості, морозостійкості тощо.

Вперше в Росії цемент для зміцнення ґрунтів був застосований для влаштування садових доріжок. Після революції перші досліди щодо зміцнення ґрунтів портландцементом були проведені у 1927 році на дослідних доріжках Ленінградського дорожньо-дослідного бюро.

Лабораторні дослідження щодо зміцнення ґрунтів цементом проводилися також ЦІАТ та ДорНДІ. Позитивні результатидосліджень дозволили виконати зміцнення ґрунту цементом під асфальтобетонні покриття на під'їзних шляхах до території Всесоюзної сільськогосподарської виставки. У післявоєнний період починається широке використання цементогрунтів у дорожньому та аеродромному будівництві. Цементно-грунтові основи були застосовані замість щебеневих та піщаних шарів на автомагістралях Москва - Харків (1946-1949), Москва - Ленінград (1949), Москва - Рязань (1950) та ін. Вирішальне значення для розвитку методу зміцнення ґрунтів цементами мали роботи Ст. М. Безрука, який у результаті багаторічних досліджень розробив теоретичні та практичні рекомендаціїзміцнення ґрунтів цементами. Як зазначає Безрук, на ефективність зміцнення ґрунтів цементом надає виключно важливий впливхіміко-мінералогічний склад цементів, генезис, склад та властивості ґрунтів, зокрема їх заселеність та склад обмінних катіонів. Введення в цементно-грунтові суміші деяких речовин (наприклад, милонафта, саапстока та ін), що утворюють з продуктами гідролізу цементу гідрофобні та інші речовини, що заповнюють пори, може в ряді випадків надавати їм підвищену водопроникність. З 80-х років минулого століття успішно велися роботи зі зміцнення ґрунтів цементами комплексним методом, що передбачає спрямований вплив на процеси цементації ґрунтів. Але про це нижче.

За кордоном, цементно-ґрунтові технології почали розвиватися також у першій половині ХХ століття. У 20-х роках у США із цементогрунтів робили покриття путівців. Після ІІ світової війни цей метод набув поширення в Англії, Бельгії, Голландії та інших європейських країнах. Так, у Голландії, починаючи з 1956 року, було зміцнено десятки мільйонів квадратних метрів ґрунту. Майже всюди вона була піщаною і тому ця технологія отримала назву піскоцементної. У 80-х роках минулого століття у ФРН щорічно близько 1 млн т цементу витрачалося на стабілізацію пісків на півночі країни (портові споруди Гамбурга, складські майданчики), при будівництві путівців. У Франції цю технологію почали застосовувати з 1972 завдяки активності цементних компаній .

У більшості зарубіжних публікаціях зазначається, що зміцнення грунтів за допомогою цементу або суміші цементу з вапном для покриттів путівців, замість кам'яної нариси ущільнюваної механічним шляхом, є досить економічним рішенням. З цементогрунтів, крім путівців, можна споруджувати покриття складських майданчиків, стоянок автомашин, ліжка основ залізниць, каналів, основ окремих типів будівель, а також ґрунтів, призначених для зведення великих земляних гребель. Мабуть, великий інтерес для будівельно-дорожніх фірм та читачів журналу становить цементно-ґрунтова технологія виконання робіт.

Спробуємо коротко висвітлити це питання.

До початку робіт із зміцнення ґрунту необхідно провести в лабораторії його попередній аналіз, а потім під час робіт здійснювати постійний контроль. Грунти розрізняються в основному за їх природою, гранулометрією та вмістом води.

Грунт може бути більш менш зв'язним, містити в різній пропорції суглинки і глину.

При високому вмісті глини застосовують так зване змішане зміцнення, при якому в ґрунт попередньо додають вапно (2-5%) для поліпшення пластів'я утворення і, зрештою, розсипання ґрунту при проході машин. Грунти, що містять сульфати (більше 1%), можуть бути небезпечними, оскільки сульфат вступає в реакцію з цементом. У цьому випадку необхідно застосовувати або цемент з низьким вмістом трикальцієвого алюмінату (цемент, призначений для морських робіт), або цемент з високим вмістом мінеральних добавок (золи-винесення, доменного шлаку, пуцоланів). Особливо потрібно бути обережним, коли справа стосується часткового осушення вологого або насиченого водою ґрунту після дощів. Це робиться за допомогою негашеного вапна або шляхом аерування ґрунту «розпушувачем».

ґрунти, що містять сульфати (більше 1%), можуть бути небезпечними, оскільки сульфат вступає в реакцію з цементом

Зазвичай випробування ґрунту проводять з метою визначення основних характеристик ґрунту: межа плинності, межа пластичності, гранулометрична крива та ін; встановлюють оптимальну витрату води та цементу. Витрата цементу може змінюватись у межах 4-12 % залежно від ґрунту. Найчастіше він становить 6-20%. Наприклад у табл. 2 наводяться дані, взяті з нормативних документівНімеччини.

Таблиця 2. Витрата цементу залежно від характеру ґрунту

Характер грунту Витрата Цементу
% сухого ґрунту кг/м 3 ущільненої основи
Гравійно-піщаний 4-7 80-120
Суглинистий пісок 6-10 120-160
Пісок з одним рядом частинок 8-12 150-200
Суглинок 7-12 120-200
Глина 10-16 180-240

При зміцненні пластичного суглинку застосовують суміш вапна (2-3%) та цементу. Крім того, для пластичних ґрунтів проводять випробування на заморожування. При покритті путівців цементогрунтом роботу проводять у кілька етапів.

1 етап. Вирівнювання та очищення ґрунту з метою усунення органічних речовин (дерн, трава, коріння тощо) та подальше планування. Якщо ґрунт надмірно сухий, роблять його зволоження для вирівнювання вмісту та досягнення однорідності складу. Розподіл цементу і вапна по поверхні виробляють при невеликих обсягах ручних робіт, або за допомогою навісного механізму - «розподільник» в'яжучого.

2 етап. Перемішування. Перемішування ґрунту з в'яжучим проводять у кілька послідовних проходів машини (4-6 разів до отримання однорідної суміші) (рис. 1). Така машина має горизонтальні диски або горизонтальні або вертикальні лопатки. Зазвичай товщина цементно-ґрунтового шару становить 15-35 см.

3 етап. Профілювання та ущільнення. Профілювання полотна роблять автогрейдерами. Після цього ґрунт ущільнюють кількома проходами пневмо-або віброкатка. Ступінь ущільнення має досягти не менше 90% отриманого на зразку в лабораторії. Після ущільнення цементогрунту котком розпочинають остаточне планування дорожнього полотна.

4 етап. Завершальним етапом є захист дорожнього покриття пластиковою плівкою або іншим матеріалом накривочним з подальшим укриттям шаром піску. Подібний захист необхідний для того, щоб уникнути випаровування води з обробленого ґрунту, та, крім того, для уникнення дорожнього полотна від дощу. Приблизно така ж технологія застосовується для зміцнення основ деяких типів шосе. Тільки в цьому випадку вирівняний і спланований ґрунт змішують із піском.

При реконструкції будівель та будівництві нових споруд часто виникає проблема слабкого ґрунту. Така основа може не витримати навантажень від будівництва. У цій статті йтиметься про різні методи його зміцнення.

Грунт - це шар, який приймає він суму всіх навантажень від споруди. Умовно всі ґрунти можна розділити на стабільні та нестабільні. Стабільний – досить щільний та сухий для того, щоб без спеціальної підготовки витримати навантаження від фундаменту чи дороги. Нестабільний вимагає попередніх робіт з осушення та ущільнення.

Механічний метод

Має на увазі впровадження окремих високоміцних виробів (паль) або матеріалів (грунт, щебінь), а також ущільнення без зміни структури (трамбування/вібрування).

Зміцнення залізобетонними палями

Сенс полягає в тому, що довга паля проходить шар слабкого ґрунту і впирається в щільніший. Навантаження передається по палю вертикально. Також вона утримується за рахунок тертя ґрунту об поверхню палі. За методом занурення палі бувають набивні (забиваються в ґрунт із попереднім бурінням або без), буронабивні (рідкий бетон заливається в обсадну трубу, занурену в ґрунт) та палі вдавлювання (занурюються спеціальною машиною-домкратом). Метод вимагає застосування громіздкого та дорогого обладнання та великого будмайданчика.


Ґрунтові палі

У заздалегідь пробурений отвір засипається підготовлена ​​суміш із гранулометричного заповнювача різних фракцій. Трамбується пошарово. Ефект порівняний з ж/б палями, але набагато дешевше і екологічніше.

Влаштування ґрунтових подушок, трамбування/вібрація, заміна ґрунту

Використовують при порівняно невеликій товщині шару заданих властивостей. Виробляється трамбування котками (кулачковими та гладкими), віброплитами та іншим обладнанням з вібрацією або без. Пилуваті піски трамбують із водою. Метод оптимальний при будівництві аеродромів, доріг та інших об'єктів великої площі. При неможливості застосування методу шар слабкого ґрунту витягують і замінюють більш міцний.

Цементація та ін'єкції

Суть зводиться до надання ґрунту бажаних властивостей за рахунок додавання до його складу цементу.

Механічне перемішування ґрунту з цементно-піщаним розчином(цементація)

Застосовують спеціальний шнековий бур із порожнистою штангою, що має отвори по довжині. Через них подається цементний розчин одночасно з роботою шнека, і відбувається його перемішування із ґрунтом. Метод порівняно дешевий та перевірений. Застосовується переважно у вологих ґрунтах.

Струменева цементація

Окремо варто відзначити сучасний підхід до класики: струйну цементацію. Цементний розчин подається по трубі під дуже високим тиском, одночасно пробиваючи місце для ін'єкції та змішуючись із ґрунтом. Потребує застосування спеціальної техніки.

Механічна і струминна цементація цілком застосовні для посилення ґрунтів, на яких вже стоять будівлі, навіть у стиснених умовах. Для цього використовують компактні установки для ін'єкцій (так звані "джет-палі"). Їх можна вводити як вертикально, і під кутом. Роботи проводяться швидко, відносно безшумно та підходять для міських вулиць.

Зміцнення ґрунту по площині (дорожнє будівництво)

Під час будівництва суцільних покриттів застосовують комбіновані методи зміцнення ґрунтів. Через свою довжину місцевістю такі об'єкти можуть охоплювати значні території, і, різний склад основи. Нижче наведені способи завжди використовують у поєднанні з механічним зміцненням.

Змішування із природними гранулами

Зміна властивостей за допомогою додавання гранулометричного чи іншого наповнювача. Залежно стану ґрунту для його стабілізації застосовують різні природні матеріали: щебінь, гравій, пісок, глину, суглинки. Метод порівняно дешевий та екологічний, не потребує хімічних компонентів. Перемішування відбувається у спеціальному шнековому бункері.

Змішування з мінеральними в'язкими

Вапнування - метод, відомий з давніх-давен. Зменшує пластичність та липкість глинистих ґрунтів, робить їх більш стійкими до розмокання. З недоліків – низька морозостійкість. Використовують для підготовки основних (нижніх) шарів доріг.

Змішування ґрунту з органічними в'яжучими

За принципом не відрізняється від описаних вище. Як добавку використовують різні смоли, бітуми, дьогті тверді та рідкі емульсії. Ефект і сфера застосування також приблизно збігаються. З особливостей варто відзначити високу вартість органічного матеріалу (або його синтетичного замінника) та агресивність цих компонентів по відношенню до природного середовища. Тому цей метод сьогодні практично не застосовують.

З трьох описаних технологій практично самостійно можна застосувати перші два. Легкодоступні та відносно недорогі компоненти та елементарна технологія перемішування роблять їх затребуваними і сьогодні. Цілком реально зміцнити ділянку ґрунтової дороги або придворову територію за допомогою звичайного мотокультиватора.

Осушення ґрунтів

Одним з основних факторів слабкості ґрунтів є наявність у їхньому складі води. Видалення вологи з них призводить до значного ущільнення та усунення плинності.

Термічне закріплення або випалення

Ефективно для ґрунтів із вмістом глини. У пробурену свердловину занурюється перфорована труба із жароміцної сталі. Потім нею подаються розігріті гази (гаряче повітря). Зайва волога випаровується, а глині ​​відбувається ефект запікання. Особливість цього методу: для розігріву газів можна використовувати місцеве паливо: вугілля, дрова.

Хімічний метод - змішування ґрунту з хімрозчинами

Найпоширеніший із них - силікатування (силікатизація). Дуже «широкий» метод, полягає у додаванні до складу ґрунту рідкого скла та його розчинів. Його нагнітають по заздалегідь прокладеним трубам, які потім виймають. В результаті такої підготовки ґрунт скам'яніває. Недоліки - все та ж низька морозостійкість, швидке твердіння матеріалу, обмежена сфера застосування. Залежно від складу самого ґрунту підбирають і хімреагенти розчину для роботи.


Електричний метод

І тут використовують явище электроосмоса. Відбувається рух води від плюсу до мінуса. Ефективний для зневоднення ґрунтів.

Електрохімічний спосіб

Застосування електроосмосу з додаванням хімрозчинів у заздалегідь прораховані області поля. Це робиться для полегшення проходу води крізь шари та надання руху потрібного напрямку. Енергоємний процес, що вимагає значних витрат електроенергії.

При достатньому рівні знань та наявності необхідних елементів, електроосмос можна зібрати в домашніх умовах. Детальні інструкціїзі збирання містяться в технічних довідниках. Електроосмос також застосовують як постійне водовідведення фундаментів.

Армування

При влаштуванні укосів, оформленні берегів та створенні ландшафтів часто використовують сучасний метод: армування полімерними конструктивними елементами. Він ефективний як у рівних горизонтальних поверхнях (дороги, пішохідні доріжки), і за наявності нахилу.

Георешітка

Як правило, це тривимірна конструкція, що складається з полімерних перфорованих стрічок. Дуже міцна стільникова конструкція дозволяє утримувати рух у всіх площинах. У стільники просто засипається будь-який дрібний заповнювач або місцевий ґрунт. Не вимагає трамбування, ущільнення проводиться протокою води. Товщина шару 10-25 см.


Гоетекстиль

Застосовують при влаштуванні багатошарових підготовок. Це багатошарове полімерне полотно, по суті, високоміцний фільтр. Він пропускає воду, але не дозволяє шарам змішуватись. У той же час, маючи неабияку міцність, він розподіляє навантаження між шарами. Область застосування: дорожнє будівництво, сільське та міське господарство.


Геосітка

Сприймає навантаження, що розтягують. У ґрунтах застосовується рідко, використовується як арматура тонкого шару і в поєднанні з іншими полімерними матеріалами.


Засівши травою

Декоративний спосіб зміцнення укосів від обсипання (крутість не більше 1:1,5). Траву висівають на ущільнені механічним способом незатоплювані укоси. Запобігає розмивам та ерозії.

На присадибній ділянці армувальних елементів ціни немає. З їх допомогою стає можливим створення найфантастичніших ландшафтних конструкцій. Вони також дозволяють створювати (привізні) родючі шари рослин.

Віталій Долбінов, рмнт.ру

http://www. rmnt. ru / - сайт RMNT . ru

Під зміцненням ґрунтів розуміють комплекс заходів щодо підвищення їх механічної міцності та водостійкості. Хімічне зміцнення ґрунтів є штучним перетворенням ґрунтів шляхом хімічної обробки різними реагентами. При цьому протікають реакції взаємодії реагентів між собою та з компонентами ґрунту, що забезпечують довговічність набутих ним будівельних властивостей (міцності, водостійкості та ін.).

Процес зміцнення ґрунтів включає ряд технологічних операцій (роздрібнення, перемішування, дозування в'яжучих, зволоження, приготування розчинів, ін'єктування, ущільнення), що забезпечують в результаті активного впливу на ґрунт сполучних та інших речовин високу щільність, міцність та тривалу стійкість укріпленого ґрунту як у сухому, так і та водонасиченому стані.

При розробці методів зміцнення ґрунтів основним завданням є отримання нового будівельного матеріалу із заданими структурно-механічними властивостями.

Вибір методу зміцнення ґрунту залежить від будівельних або інженерних завдань, що визначають відповідну сферу застосування укріпленого ґрунту: дорожнє та аеродромне будівництво; фундаментобудування; гірнича справа; гідротехнічне будівництво; охорона навколишнього середовища.

У дорожньому будівництві сполучні використовують для зміцнення ґрунту при влаштуванні основ під дороги та при зміцненні дорожніх бровок.

Особливість автомобільних доріг та аеродромів полягає в їх великій залежності від кліматичних, ґрунтових та гідрогеологічних умов місцевості. Специфіка будівництва полягає у використанні величезного обсягу різних кам'яних матеріалів - піску, щебеню та ін. Для зниження вартості дорожнього та аеродромного одягу в багатьох районах замість кам'яних матеріалів застосовують місцеві ґрунти, відходи або попутні продукти промислових підприємств. Як правило, використання таких матеріалів вимагає їх зміцнення за допомогою сполучних, наприклад портландцементу, шлакопортландцементу, вапна, рідкого скла, бітумів. Як компоненти дорожнього одягу використовують такі промислові відходи, як паливні золи та шлаки, доменні та металургійні шлаки, шлами глиноземного виробництва та ін.

При фундаментобудуванні хімічне зміцнення ґрунтів за допомогою сполучних вирішує такі завдання:
будівництво промислових і цивільних споруд на просадних і набухають ґрунтах, що мають широке поширення на території РФ;
посилення фундаментів під існуючими спорудами (ця операція проводиться без перерви в експлуатації самої споруди);
збільшення несучої здатності паль і опор великого діаметра з наступним закріпленням ґрунту нижче за вибою.

У гірничій справі закріплення ґрунтів використовують при проходженні гірничих виробок у складних гірничо-геологічних умовах замість дорогого кріплення їх за допомогою будівельних конструкцій, а також при розкритті котлованів у водонасичених ґрунтах.

У гідротехнічному будівництві шляхом зміцнення ґрунту створюють протифільтраційні завіси в алювіальних ґрунтах для будівництва на них висотних земляних і кам'янонакидних гребель (наприклад, на підставі Асуанської греблі створений протифільтраційний екран з 2 млн м3 ґрунту).

Методами хімічного зміцнення ґрунту здійснюють захист бетонних фундаментів від шкідливого впливу на них агресивних ґрунтових та виробничих стічних вод. Для цього створюються протифільтраційні завіси за допомогою нагнітання в ґрунти хімічних реагентів, що тверднуть, а також введення спеціальних антикорозійних добавок в ґрунт у процесі зворотного засипання.

Важливе народно-господарське значення набуло зміцнення ґрунтів у вирішенні проблем охорони навколишнього середовища, особливо при будівництві та експлуатації різних споруд для зберігання промислових відходів та напівпродуктів, що становлять небезпеку для природи та людини. Такі відходи та продукти можуть бути тонкодисперсними та сухими, у цьому випадку одне з інженерних завдань – запобігання розповсюдженню їх по місцевості за рахунок пилення. Якщо відходи є вологі суспензії (особливо, коли містять водорозчинні сполуки), то шляхом зміцнення грунту може бути створений протифільтраційний екран, що являє собою заслін для поширення шкідливих речовин при їх фільтрації через грунт.

Грунти, які можуть бути укріплені, по гранулометричному складу поділяють на дві групи:
1. Крупноуламкові та дрібноуламкові незв'язані ґрунти (гірські породи) з включенням значної кількості зернистих фракцій, що утворюють і зберігають зернистий каркас, що окремо несе, при максимальному ущільненні. Цей каркас має достатню стійкість, обумовлену великим внутрішнім тертям і хорошим зчепленням між частинками. Такі каркасні суміші можуть бути ефективно омонолічені з наданням їм високої міцності, зсувостійкості і водонепроникності шляхом введення в'язких речовин (портландцементу, бітуму, вапна або поєднання будь-яких інших речовин) і дрібних фракцій, що заповнюють порожнечі між великими і міцними частинками ( шпату та кварцу або уламки гірських порід).
2. Суглинки і глини, тобто пов'язані ґрунти, що не володіють зернистим несучим каркасом; проміжне положення займають супіщані ґрунти. Ця група ґрунтів характеризується наявністю зв'язності, у ній відсутня каркас із міцних та великих частинок, але проявляється висока фізико-хімічна та хімічна активність.

Кожна із зазначених груп у широкому діапазоні може відрізнятися за своїм петрографічним, мінералогічним, хімічним складом та іншими властивостями.

Виділяють два основних напрямки у технології хімічного закріплення ґрунтів:
ін'єкційне зміцнення, що здійснюється шляхом нагнітання в ґрунт за допомогою ін'єк- торів або свердловини хімічних та цементаційних розчинів (смолізація, силікатизація, цементація). При цьому реагенти у вигляді розчинів або газів вводяться в ґрунт в умовах його природного залягання (без порушення | структури ґрунту) шляхом нагнітання під тиском;
бурозмішувальне зміцнення, що включає розробку та перемішування ґрунту з цементом або цементними, а також цементно-піщаними, цементно-глинистими розчинами у свердловинах. При такому способі закріплення порушується природна структура ґрунту в результаті його механічного перемішування з цементом або іншими сполучними добавками. Перемішування ґрунту із сполучним проводять за допомогою спеціальних механізмів.

Ін'єкційне зміцнення застосовують для грунтів, що характеризуються певною водопроникністю (піщані, ; великоуламкові, тріщинуваті скельні та ін). Хімічне зміцнення ґрунтів ін'єкцією при високому вмісті в грунті нафтопродуктів, високої засоленості, а також при швидкостях фільтрації ґрунтових вод вище 5 м/сут неможливо.

Бурозмішувальне зміцнення застосовно для всіх кількох- . них грунтів, включаючи глинисті, незалежно від їх водопроникності.

Іноді розрізняють також:
поверхневе зміцнення - введення неорганічних (цемент, вапно та ін.) та органічних (бітум, дьоготь) в'яжучих, синтетичних високомолекулярних смол, комплексне зміцнення в'язкими та іншими реагентами;
глибинне зміцнення - введення неорганічних в'яжучих або розчинів, синтетичних високомолекулярних смол, ииъ-ектування глинистих і цементних суспензій, хімічних розчинів або золів малої в'язкості, заморожування, термічне зміцнення;
надання водонепроникності та газонепроникності - введення неорганічних чи органічних речовин та розчинів, комплексні методи.

Існуючі методи зміцнення ґрунту з позицій застосування різних сполучних можна поділити на кілька класів:
1. Зміцнення ґрунтів портландцементом або його аналогами (білітовий, спікальний шлами тощо).
2. Зміцнення ґрунтів вапном.
3. Зміцнення ґрунтів лужно-силікатними розчинами різного складу.
4. Зміцнення ґрунтів кислотами та солями різного складу.
5. Зміцнення ґрунтів відходами нафтохімічного виробництва (бітумами, бітумними емульсіями).
6. Зміцнення ґрунтів синтетичними високомолекулярними сполуками (фурфурольні та карбомідні смоли, резорцинформальдегідні та кальцієво-акрилатові смоли, полівініловий спирт тощо).
7. Змішані методи -зміцнення грунтів, наприклад, розчинами силікату натрію і сірчаної кислоти, силікатно-органічними розчинами і т. д.

Зміцнення ґрунтів при застосуванні як сполучного композицій на основі розчинів силікату натрію називають силікатизацією ґрунту, при використанні як сполучного карбамідних смол - смолізацією, а цементних розчинів - цементацією ґрунту.

При зміцненні ґрунтів різними в'язкими мають місце хімічні процеси, що включають: гідратацію цементних зерен, твердіння продуктів гідратації та їх новоутворень, що виникають при хімічній взаємодії, що зв'язують з тонкодисперсною частиною ґрунту; полімеризацію та поліконденсацію низькомолекулярних сполук; хімічна взаємодія з активними реагентами, що входять до складу композиції, що твердіє.

Фізико-хімічні процеси при зміцненні ґрунтів включають обмінне поглинання продуктів гідролізу та гідратації цементних мінералів (наприклад, Са(ОН)2) тонкодисперсною частиною ґрунту або іншими катіоноактивними або аніоноактивними речовинами. При цьому може мати місце молекулярна адсорбція речовин з розчинів на поверхні розділу фаз, коагуляція глинистих і колоїдних речовин, їх мікроагрегування і цементування.

У ході зміцнення ґрунту відбуваються подрібнення ґрунтових частинок і агрегатів, їх гомогенізація з цементом, бітумом, вапном або іншими в'яжучими речовинами та реагентами, зволоження та ущільнення готової ґрунтової суміші з наступним тривалим режимом вологого або іншого режиму твердіння. Ці різноманітні складні процеси перебувають у тісному взаємозв'язку, накладаються друг на друга у часі. Таким чином, при зміцненні тонкодисперсних ґрунтів протікають фізико-хімічні взаємодії, що призводять до виникнення новоутворень як за рахунок взаємодії сполучного з компонентами ґрунту, так і за рахунок власного твердіння сполучного (утворення цементного клею).

На вибір методу зміцнення ґрунту впливають вид інженерного завдання, мінералогічний, гранулометричний, хімічний склад ґрунту, погодно-геологічні умови, економічна ефективність того чи іншого методу.

Найбільш поширений метод зміцнення ґрунту за допомогою портландцементу та шлакопортландцементу з добавками, що регулюють процес твердіння цементогрунту (хлористий кальцій, вапно, солі лужних металів, поверхнево-активні речовини). Основні процеси, що відбуваються для формування цементогрунту, залежить від взаємодії цементу з глинистими частинками грунту. Ця взаємодія викликається розчиненням кремнезему і глинозему з частинок глини і аморфного компонента в середовищі з високим рН, утвореної в результаті виділення цементом, що гідратується, високореактивного Са(ОН)2- Розчинні компоненти можуть з іонами кальцію утворювати додатковий цементуючий матеріал, який скріплює між собою. Для цементації грунтів застосовують цементні, цементно-піщані, цементно-глинопіщані та цементно-глинисті розчини. У ряді випадків потрібно підвищення проникності частинок цементу в ґрунт, для цього виробляють домол цементу (мокрий або сухий) або повітряне сепарування великих частинок.

Дисперговані цементи дозволяють приготувати ін'єкційні розчини, що мають кращу проникність у тріщинуваті скельні породи. Для прискорення наростання міцності суспензій додають СаС12 (0,5-3,0%), підвищення стабільності - бентоніт (1-5%). Для кислих грунтів доцільно введення невеликих (0,6-3,2%) добавок Са(ОН)2, що сприяє збільшенню міцності грунту, що зміцнюється.

Гумусові перегнійні речовини, що містяться в ґрунті, негативно впливають на його зміцнення, їх вплив зростає у міру збільшення кислотності, що пов'язано зі зміною кількісного співвідношення та якісного складу органічних кислот і солей, що входять до гумусових речовин. Дія гумусових речовин на процеси структуроутворення в цементогрунті може бути ослаблена невеликими добавками тільки вапна або вапна в поєднанні з хлористим кальцієм. При зволоженні суміші вапно вступає в іонно-обмінну взаємодію з тонкодисперсною частиною ґрунту та гумусовими речовинами, насичуючи їх іонами кальцію. При цьому створюється лужне середовище, сприятливе для твердіння гідратованих зерен цементу, а наявність у розчині катіонів кальцію призводить до утворення нерозчинних у воді гуматів кальцію. Як компонент цементогрунту поряд з портландцементом у ряді випадків застосовують відходи та попутні продукти місцевих хімічних та металургійних, а також паливних виробництв-паливні шлаки та золи-винесення, доменні шлаки, від ходи глиноземного виробництва (нефелінові шлами та бокситові шлами).

Для зміцнення ґрунтів з підвищеним вмістом гумусу, а також засолених ґрунтів найчастіше застосовують композиції на основі портландцементу з добавками вапна, соди, рідкого скла, поташу, крем неорганічних сполук, полімерів.

Виявлено перспективність використання синтетичних полімерних сполук як самостійних активних реагентів, що забезпечують створення міцної та гідрофобної структури укріплених ґрунтів різного складу та генези.

Найбільш важливими характеристикамиполімерів, що вказують на їхню придатність для зміцнення грунтів, необхідно вважати наступні:
малу в'язкість, розчинність або емульгування у воді (в мономерній або полімерній формі) на стадії введення полімеру в грунт, перемішування, зволоження та ущільнення суміші;
нерозчинність у воді та несмачиваемость (гідрофобність) після завершення стадії затвердіння укріпленого ґрунту, при цьому процеси затвердіння смоли повинні відбуватися в повітряному або водному середовищі в інтервалі температур від 0 до 35 °С;
здатність вибіркової адсорбції по відношенню до гідрофільних глинистих мінералів;
здатність протистояти фізичним та хімічним впливам та біологічному розкладанню;
можливість виконання робіт з обробітку ґрунту при підвищеній його вологості в інтервалі температур від 0 до 35 °С.

Головними хімічними процесами, що відбуваються при утворенні високомолекулярних сполук, є полімеризація та поліконденсація. Як синтетичні високомолекулярні сполуки застосовують фурфурольні смоли, карбамідні смоли та ін.

При хімічному зміцненні грунтів як неорганічні, так і органічні полімери формують цементуючі утворення в грунтах, що зміцнюються, у вигляді різного ступеня обводнених гелів, які в природних умовможуть не зустрічатися. Хімічне зміцнення грунтів, на відміну їх природної цементації, здійснюється практично миттєво (в геологічному сенсі) з досягненням міцності на одновісне стиск у разі трохи більше 5 МПа, тоді як природна цементація триває надзвичайно довго з утворенням осадових порід вищої міцності.

Отримана сполука змінного складу є цементуючим новоутворенням у вигляді тонких плівок у пристінному шарі капіляра.

Дворозчинний спосіб силікатизації ґрунтів застосовується для зміцнення маловологих та водонасичених пісків, міцність зміцнення пісків на одновісне стиск досягає 2-4 МПа. Укріплений пісок набуває повної водонепроникності, високої морозостійкості, стійкості до кислот і розчинів нейтральних і кислих солей, але малостійкий у лужних середовищах внаслідок розчинення лужного цементуючого гелю кремневої кислоти. Такий спосіб - один з найдешевших, нетоксичний, вимагає нескладного обладнання, але неприйнятний для зміцнення малопроникних ґрунтів через високу в'язкість натрієвого силікатного розчину.

Сутність однорозчинного способу силікатизації грунту полягає в нагнітанні в грунт, що закріплюється, розчину силікату натрію, попередньо змішаного з хімічними добавками, які приводять в строго певний час до утворення гелю кремінної кислоти, що цементує грунт.

Таким чином, грунт нагнітають суміш розчину з силікату натрію і добавок твердне реагенту. В якості коагулюючих (затверділих) хімічних реагентів, що використовуються для затвердіння розчину силікату натрію, застосовують розчини кислот і кислих солей, а також органічні отвори. При цьому можливе утворення двох цементуючих гелів кремневої кислоти: лужного та кислого.

На швидкість утворення гелю впливає склад кислоти або кислої солі, ступінь нейтралізації гелю, температура гелеутворення, утворення і структура плівки гідратованої кремнекислоти на поверхні частинок.

Розроблено велика кількістьскладів лужних і кислих гелеутворюючих розчинів, у яких як отверджувача використовуються слабкі кислоти і розчини кислих солей з великою буферною ємністю - NaH2P04, NaHCC>3, NaHS04, (NH4)HC03, A12 3, (NH4)2S04.

Найбільшого поширення у будівництві набули алю-мосилікатна та кремнефтористо-силікатна рецептури.

Останнім часом розроблені процеси з використанням органічних затверджувачів, зокрема складних ефірів, як затверджувачі рідинноскляних сполучних. Зі складних ефірів для затвердіння силікатних розчинів найчастіше використовують найдоступніший і найдешевший оцтово-етиловий ефір СН3СООС2Н5 (етилацетат).

У сильно лужному середовищі силікатного розчину йде реакція омилення етилацетату з утворенням ацетату натрію та етилового спирту:

СН3СООС2Н5 + NaOH - CH3COONa + C2H5OH.

В результаті нейтралізації лугу в силікатному розчині відбувається підвищення силікатного модуля, що призводить до гелеутворення (гель Si02). Кількість добавки етилацетату становить близько 6%.

Технологія ін'єкційного зміцнення грунту полягає в нагнітанні під тиском в пори і порожнечі грунтів (в їх природному заляганні) хімічних реагентів, що затверджують і закріплюють грунти у вигляді двох окремо нагнітаються розчинів (дворозчинний спосіб), одного розчину (однорозчинний однокомпонентний спосіб) двокомпонентні газові способи), гелеутворюючих сумішей з двох компонентів (однорозчинні двокомпонентні способи).

Нагнітання реагентів, що закріплюють, в грунти здійснюють насосами під тиском стисненого повітря, в основному за технологією з вертикальним і похилим заглибленням ін'єкторів зверху вниз. Ін'єктори являють собою впроваджувані тим чи іншим способом в ґрунти спеціальні пристрої, за допомогою яких здійснюється нагнітання компонентів, що закріплюють, в ґрунти під тиском.

Будівництво нових будівель або реконструкція старих вимагають надійної підстави, щоб вони міцно трималися і були безпечними, тільки грунт не завжди може забезпечити такі умови, адже він може бути і слабким. У цьому випадку його необхідно зміцнювати, а зробити це можна масою способів, залежно від особливостей території об'єктів, що будуються.

Якщо грунт сухий і щільний, споруд можна проводити без додаткової підготовки - це стабільний грунт. Слабкий, або нестабільний, ґрунт може вимагати осушення чи ущільнення. Ущільнення грунту часто здійснюється такими альтернативними матеріалами, як купити дорожні плити, які можна для облаштування як приватного сектора, так і промислових об'єктів.

Механічний метод

В цьому випадку ґрунт зміцнюють за допомогою впровадження додаткових елементів або матеріалів: паль, щебеню, ґрунту і т.д. А для того, щоб трохи ущільнити структуру, можуть скористатися трамбуванням та подібними операціями. Розглянемо їх особливості.

  1. Зміцнення за допомогою залізобетонних паль. Суть цього методу полягає, що паля проходить крізь шар слабкого ґрунту і досягає шару щільнішого, закріплюючись там, і тим самим зміцнюючи ґрунт. Щоб влаштувати таке зміцнення, використовують кілька способів: так, палю можуть вдавлювати спеціальною машиною, можуть забивати в ґрунт, пробуривши для цього отвір або без нього. Є також варіант, коли в грунт поринає труба, а вже в неї потім заливається бетон. У будь-якому випадку, такий спосіб вимагає величезних зусиль і чималого будівельного майданчика, що використовується в основному при будівництві великих об'єктів.
  2. Ґрунтові палі. Принцип і ефект можна порівняти з попереднім варіантом, тільки виходить набагато дешевше і екологічніше. У загальних рисах, принцип їх створення виглядає так: бурить отвір, в який потім поетапно засипають наповнювач із різних фракцій, періодично все це трамбується. У результаті отримуємо надійно укріплений ґрунт.
  3. Якщо шар того ґрунту, який буде потрібний, невеликий, то можна скористатися засобами трамбування за допомогою котків, віброплитта деякими іншими пристроями. Якщо основа – пилуватий пісок, то трамбування проводять разом із водою. Такий спосіб застосовується на таких об'єктах, як дороги, аеродроми і т.д. Якщо ж ґрунт настільки слабкий, що такий спосіб не допоможе, тобто сенс витягти його і замінити іншим.

Цементація

Спосіб, який заслуговує на увагу. Тут для того, щоб зробити грунт міцнішим, до нього додають розчин цементу, проте технології можуть відрізнятися:

  • проста цементаціяколи грунт просто перемішується з цементним розчином: останній подають за допомогою спеціального механізму, який разом з тим відразу перемішує грунт з розчином. Спосіб дуже недорогий, часто застосовується в тих районах, де ґрунти перезволожені;
  • струминна цементація- Дещо вдосконалений спосіб. Тут цементний розчин подається під великим тиском спеціальним механізмомпрямо в ґрунт. Під тиском утворюється отвір і відразу йде змішування із цементом.

Обидва ці способи відмінно підходять навіть у тому випадку, якщо будівля вже збудована, а ґрунт потрібно зміцнити. При цьому роботи проводяться практично безшумно, а цемент для змішування може подаватися як перпендикулярно до поверхні, так і під кутом.

Армування

Армування - це вже сучасніший метод, де зміцнення проводиться за допомогою полімерних конструкційних елементів. Спосіб підходить не тільки для рівних площ, але і для похилих, для зміцнення схилів, берегів, при створенні ландшафтів різного типу. Серед найпоширеніших конструкцій, що використовуються, варто зазначити:

Зміцнення по площині

Коли потрібно побудувати об'єкт, який сильно тягнеться в довжину, використовують цілу комбінацію способів, так як в різних точках склад і характеристики грунту можуть сильно відрізнятися. Так, разом з механічними методами поширене використання таких способів: додавання різних природних матеріалів: щебеню, ґрунту, глини, піску, суглинку і т.д. - Залежно від характеристик основи. Перемішування відбувається у спеціальному пристрої, а результаті ми отримуємо досить екологічний метод стабілізації великих площ;

Осушення ґрунтів

Часто для того, щоб грунт став набагато щільнішим і надійнішим, досить просто видалити з нього зайву воду, а це робиться за допомогою використання певних хімічних речовин або процесів:


Таким чином, залежно від того, який об'єкт перебуватиме на ділянці зі слабким ґрунтом, вибирається найоптимальніший спосіб його стабілізації.



 

Можливо, буде корисно почитати: