Силикатизация грунтов технология

Силикатизация грунтов технология

Расстояние между рядами

По мере забивки инъектор наращивают глухими звеньями труб.
Отклонение инъектора от вертикали при забивке не должно превышать 20% проектного расстояния между инъекторами.
Расшатывание инъектора при забивке недопустимо, так как это ведет к образованию полости в затрубном пространстве и к выходу через нее раствора на поверхность земли. Для забив­ки наклонных инъекторов применяют направляющие шаблоны.
В песчаные грунты инъектор забивают обычно на глубину 12-15 м и в отдельных случаях на глубину до 30 м, в гравелистые грунты его забивают на глубину не более 3-4 м.
При необходимости закрепления грунта на глубину более 15 м инъекторы погружают в скважины, предварительно пробуренные до отметки, находящейся на 2-3 м выше отметки подошвы закрепляемого массива.
Раствор нагнетают в грунт заходками, размер которых равен длине перфорированного звена инъектора плюс 0,5 радиуса закрепления (рис. 6.3,6). При закреплении однородных по проницаемоcти грунтов работы ведут заходками сверху вниз. Если коэффициент фильтрации грунта увеличивается с глубиной, работы ведут заходками снизу вверх. В неоднородных слоистых грунтах, коэффициенты фильтрации которых различаются более чем на 30%, силикатизацию ведут по слоям в порядке уменьшения их проницаемости.
Существуют три способа нагнетания раствора при двухрастворной силикатизации грунта: последовательный, последовательно-совместный и совместный.
Последовательный способприменяют при скорости движения грунтовых вод до 1 м/сут. При этом способе инъектор забивают на глубину первой заходки и через него под давлением инъеци­руют в грунт расчетный объем жидкого стекла. Затем инъектор погружают на глубину следующей заходки и вновь нагнетают в грунт жидкое стекло, продолжая так до достижения проектной глубины закрепления массива грунта. После этого инъектор извлекают, забивая вместо него на глубину последней заходки другой инъектор, который перемещают снизу вверх по заходкам, нагнетая через него в грунт необходимый объем раствора хлористого кальция.
Последовательно-совместный способприменяют при скорости движения грунтовых вод 1-3 м/сут. При этом способе на глубину каждой заходки забивают сначала один инъектор, нагнетая через него в грунт расчетный объем жидкого стекла, а затем после его извлечения второй инъектор, через который в грунт нагнетают необходимый объем раствора хлористого кальция. Поочередную забивку и извлечение инъекторов с нагнетаннем обоих растворов по заходкам производят до достижения у проектной глубины силикатизации.
Этим способом можно закреплять грунт, ведя работы заход­ками и снизу вверх, что исключает необходимость проходки зон закрепленного грунта. Для этого первый инъектор забивают сначала на полную глубину закрепляемого массива и начинают нагнетание растворов с нижней заходки.
При последовательно-совместном способе грунт в каждой заходке закрепляется быстрее, так как разбавление и вынос жид­кого стекла водой уменьшаются. В связи с этим этот способ мож­но применять при большей, чем первый способ, скорости движения грунтовых вод.
Перерыв между нагнетанием жидкого стекла и раствора хлористого кальция не должен быть более указанного ниже:

Объем раствора q, л, затрачиваемого на одну заходку, опре­деляют по формуле

где: R — радиус закрепления, м;
L— длина заходки, м;
n-пористость грунта, %;
а коэффициент, равный для песков 5, для плывунов 12, для лессов 8.
При совместном способе нагнетания растворовв грунт заби­вают сразу два инъектора на расстоянии 0,15-0,2 м друг от дру­га. Рекомендуется забивать инъекторы вначале на полную глу­бину закрепляемого массива, начиная нагнетание с нижней за­ходки. Сначала через инъектор, расположенный выше по тече­нию грунтовых вод, нагнетают жидкое стекло, а спустя некото­рое время (10-15 мин), необходимое для перемещения жидкого стекла, через второй инъектор нагнетают раствор хлористого кальция. Растворы нагнетают в грунт равномерно, медленно, с расходом 1-5 л/мин (табл. 6.5).

Б. Р. Троицкий и В. П. Ананьев, учитывая особенности взаи­модействия лессовых грунтов с жидким стеклом, считают, под­тверждая это производственными исследованиями, что наиболь­ший эффект силикатизации получается при нагнетании раствора с переменным расходом — от нуля до 80 л/мин. Верхний предел зависит от физико-механических характеристик закрепляемого грунта. Постепенное увеличение расхода исключает разрушение лессовых грунтов, так как образующиеся в первоначальный мо­мент нагнетания раствора на поверхности минеральных частиц пленки стабилизируют структуру грунта, придавая ему необхо­димую прочность. Такая схема производства работ ускоряет в 4-5 раз процесс силикатизации лессовых грунтов и уменьшает примерно в 2 раза расход раствора. Рядом исследований уста­новлено, что при постоянном расходе жидкого стекла (до 5 л/мин) только 50% его участвуют в закреплении лессового грунта.
При силикатизации мелких и пылеватых песков, а также лессов растворы нагнетают сначала во внешний ряд инъекторов, а затем во второй ряд и т. д.
При упрочнении крупных и средней крупности песков жидкое стекло и раствор хлористого кальция нагнетают сначала в не­четные ряды инъекторов, а затем в четные, или наоборот.
Давление инъекции, зависящее от глубины закрепления и плотности грунта, должно обеспечивать заданные расходы рас­твора. Обычно крупные и средней крупности пески закрепляют при давлении не выше 1,5 МПа, а лессовые грунты, мелкие и пылеватые пески — при давлении не выше 0,5 МПа.
Растворы можно нагнетать только при положительной темпе­ратуре грунта в зоне упрочнения. При температуре наружного воздуха ниже плюс 15° С растворы подогревают до температуры плюс 40° С.
Общий объем растворов W, л, необходимый для силикатизации грунтов, Б. А. Ржаницын рекомендует определять по следующим формулам:
а) объем жидкого стекла для закрепления песков

объем раствора хлористого кальция должен быть таким же, как и объем жидкого стекла;
б) объем гелеобразующей смеси для закрепления мелких и пылеватых песков

в) объем жидкого стекла для закрепления лессовых грунтов

где: V— объем закрепляемого массива грунта, м 3 ;
n — пористость грунта, %.
В табл. 6.6 приведены данные Гидроспецстроя о расходе ос­новных материалов и затратах при силикатизации аллювиаль­ных отложений с коэффициентом фильтрации 2-7 м/сут.

Типовая технологическая карта


ТИПОВАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА

ИНЪЕКЦИОННОЕ ХИМИЧЕСКОЕ ЗАКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ

СИЛИКАТИЗАЦИЯ И СМОЛИЗАЦИЯ ГРУНТОВ

1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Типовая технологическая карта разработана на силикатизацию и смолизацию грунтов.

Общие сведения

Силикатизация и смолизация грунтов

Силикатизация и смолизация грунтов, как один из видов производства работ в строительстве, представляет собой химическую обработку грунтов различными реагентами нагнетанием их в закрепляемые грунтовые массивы под давлением. В результате достигается целенаправленное, необратимое и долговечное улучшение строительных свойств грунтов.

С химической точки зрения основу силикатизации и смолизации грунтов составляет явление конденсации неорганических и органических полимеров (крепителей) при их взаимодействии с коагулянтами (отвердителями) и заключается в отверждении полимеров в порах и трещинах грунтов, чем и обеспечиваются указанные выше положительные изменения их строительных свойств.

В качестве крепителей применяются водные растворы силиката натрия (неорганический полимер), а также растворы карбамидных и других синтетических смол (органические полимеры). В качестве отвердителей применяются различные неорганические и органические кислоты и соли с различными химическими добавками; в отдельных случаях отвердителем может быть химически активная часть самих грунтов.

Читайте также  Как правильно поставить печь в бане?

Закрепление грунтов на основе растворов силиката натрия, независимо от применяемых отвердителей, называется силикатизацией, на основе карбамидных и других смол — смолизацией, на основе цементных растворов — цементацией.

Участвующие в процессе инъекционного химзакрепления грунтов химические вещества в растворах или газы называются закрепляющими реагентами.

Смесь растворов крепителей и отвердителей рабочих концентраций при однорастворном двухкомпонентном закреплении грунтов называется гелеобразующей смесью.

С технологической точки зрения закрепление силикатизацией и смолизацией заключается в нагнетании под давлением в поры естественных грунтов отверждающихся и закрепляющих грунты химических растворов (двухрастворный способ), или раствора и газа (двухкомпонентный способ), или одного раствора (однокомпонентный способ), или гелеобразующих смесей из двух компонентов (однорастворные двухкомпонентные способы). Нагнетание закрепляющих реагентов в грунты осуществляется насосами или сжатым воздухом из специальных емкостей через заглубляемые в грунты специальные перфорированные трубы (инъекторы) или через инъекционные скважины. Задаваемые проектом расстановка инъекторов или скважин в плане, углы наклона и нормы закачки химреагентов по глубине должны обеспечивать сплошность массива закрепленного грунта или его заданную конфигурацию и размеры согласно назначенной проектом конструктивной схеме закрепления (рис.1, 2, 3). На рисунках 4 и 5 показаны принципиальные технологические схемы организации работ по силикатизации и смолизации грунтов в двух вариантах, с применением инъекторов и инъекционных скважин.

Рис.1. Конструктивная схема сплошного инъекционного закрепления грунтов

Рис.2. Конструктивная схема армированного инъекционного закрепления грунтов

Рис.3. Конструктивная схема комбинированного инъекционного закрепления грунтов

Рис.4. Схема организации работ по закреплению грунтов через инъекторы:

1 — место складирования химреагентов; 2 — пневмоустановки (или насосы); 3 — верстак; 4 — емкость с водой; 5 — компрессор; 6 — емкость для приготовления рабочих растворов; 7 — насос; 8 — погруженные инъекторы; 9 — нагнетание закрепляющих растворов; 10 — закрепленный грунт; В — вода; РС — закрепляющие растворы или смеси

Рис.5. Схема организации работ по закреплению просадочных лессовых грунтов через инъекционные скважины:

1 — силикаторазварка и растворный узел; 2 — растворовод; 3 — бурение скважин; 4 — закрепление грунтов; 5 — отрытие котлованов; 6 — установка колонн; 7 — колонна

Для повышения эффективности (увеличения прочности и радиуса) закрепления грунтов однорастворными способами силикатизации и смолизации, за исключением однокомпонентной силикатизации просадочных лeссовых грунтов, во многих случаях бывает необходимо или целесообразно производить предварительную химическую обработку (активизацию) грунтов отвердителями.

2. ОРГАНИЗАЦИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ


Технология силикатизации и смолизации

Работы по силикатизации и смолизации грунтов должны выполняться специально обученной бригадой исполнителей при наличии предусмотренных проектом оборудования и материалов, и только после опробования в производственных условиях всего комплекта оборудования, установок и коммуникаций.

Продолжение работ после выполнения предусмотренного проектом на первоначальном этапе контрольного закрепления допускается лишь при получении положительных результатов этого мероприятия. В противных случаях в проект вносятся необходимые коррективы, а контрольное закрепление повторяется.

Производство работ по силикатизации и смолизации грунтов последовательно включает следующие основные элементы:

— подготовительные и вспомогательные работы, включая приготовление растворов;

— работы по погружению в грунты инъекторов или бурение и оборудование инъекционных скважин;

— нагнетание закрепляющих реагентов в грунты;

— извлечение инъекторов и ликвидация инъекционных скважин;

— работы по контролю качества закрепления.

Подготовительные и вспомогательные работы

До начала основных работ на площадке выполняются подготовительные и вспомогательные работы.

Разбивку мест размещения скважин и забивных инъекторов следует производить от основных осей сооружений с допустимыми отклонениями ±5 см.

В период подготовительных работ следует:

— выполнить подготовку и планировку территории;

— подвести электроэнергию, водопровод, а при необходимости и паропровод, обеспечить канализацию;

— при необходимости закрепить аварийные конструкции во избежание обрушения;

— при необходимости установить инструментальные наблюдения за осадками фундаментов;

— выполнить другие мероприятия, обеспечивающие производство работ и контроль качества закрепления.

Состав и объeм подготовительных работ уточняется проектом.

В последующий период вспомогательных работ следует:

— разместить на площадке химические реагенты и материалы, обеспечив их правильное складирование и хранение;

— смонтировать оборудование и подводящие коммуникации, подключив их к электросети, водопроводу и горячему водоснабжению, а в зимний период утеплив водо — и растворонесущие магистрали;

— при объеме закрепления более 10 тыс. м грунта оборудовать стационарный узел приготовления растворов;

— выполнить разметку мест погружения инъекторов или бурения инъекционных скважин, обеспечив их плановую и высотную привязку;

— согласовать безопасность производства работ с электронадзором и лицами, ответственными за подземные коммуникации;

— произвести приготовление закрепляющих растворов рабочих концентраций;

— выполнить контрольные работы по закреплению грунтов согласно указаниям проекта.

Емкости для приготовления растворов при силикатизации и смолизации грунтов следует изготавливать с таким расчетом, чтобы их количество и объемы обеспечивали бесперебойную работу участка согласно графику. Емкости должны быть оборудованы устройствами для подогрева и перемешивания растворов.

При работе с кислотами внутренние поверхности емкостей должны быть гуммированы или защищены каким-либо другим способом от воздействия кислот. Возможно применение емкостей из пластика.

Для приготовления растворов могут быть использованы железнодорожные цистерны емкостью 40-60 м, где перемешивание ведется с помощью сжатого воздуха.

Для контроля качества приготавливаемых химических растворов на площадке необходимо иметь следующие измерительные приборы:

— термометры с градуировкой шкалы от 0 до 100 °С и ценой деления в 1 °С;

— стеклянные мерные цилиндры для отбора проб раствора емкостью 250-500 мл;

— ареометры для определения плотности растворов с диапазоном измерений от 1,01 до 1,5 г/см и ценой деления 0,001 г/см.

Химические растворы рабочих концентраций приготавливаются разведением растворов исходных концентраций чистой водой до плотности, указанной в проекте или назначенной после контрольного закрепления.

Количество воды, добавляемое к раствору исходной концентрации при приготовлении раствора рабочей концентрации, находится как разность объемов этих растворов.

Приготовленные растворы целесообразно до их нагнетания отшивать в течение 1-3 ч, после чего перекачивать в рабочую емкость.

При двухрастворной силикатизации в грунты в последовательном порядке нагнетают два водных раствора: раствор силиката натрия (крепитель) и раствор хлористого кальция (отвердитель).

Плотность раствора силиката натрия назначают в зависимости от коэффициента фильтрации грунтов согласно табл.2.1.

Коэффициент фильтрации, м/сут

Плотность раствора силиката натрия при температуре 18 °С, г/см

Раствор хлористого кальция должен иметь плотность 1,26-1,28 г/см, а величину рН не менее 5,5. Для безводного хлористого кальция указанным величинам плотности соответствуют 28-30% значения концентрации.

При однорастворной силикатизации и смолизации в качестве основных химических материалов применяются водные растворы силиката натрия и карбамидных смол, а в качестве отвердителей или добавок — соляная, щавелевая и кремнефтористоводородная кислоты, углекислый газ, алюминат натрия, азотнокислый аммоний, сульфитно-спиртовая барда, ортофосфорная кислота, формамид, этилацетат, контакт Петрова и другие химреагенты.

Растворы-крепители, используемые при силикатизации и смолизации грунтов, должны удовлетворять следующим требованиям: величина модуля силиката натрия допускается в пределах от 2,7 до 3, его плотность — от 1,2 до 1,45 г/смпри закреплении песчаных грунтов и от 1,1 до 1,2 г/см при закреплении просадочных грунтов; плотность карбамидной смолы — от 1,08 до 1,18 г/см.

Читайте также  Известковая штукатурка плюсы и минусы

При однорастворной двухкомпонентной силикатизации песчаных грунтов в настоящее время применяют способы, приведенные в табл.2.2.

Компоненты гелеобразующей смеси

N способа по рецептуре

плотность, г/см

плотность, г/см

Силикатизация грунтов — один из способов улучшить их прочность и повысить надежность

Во многих сферах, но больше всего в строительстве, очень важны и нужны надежные прочные грунты. Это гарантия, что любое сооружение, начиная от частного дома и заканчивая крупным производственным цехом, будет сохранять свою целостность многие десятилетия. К сожалению, не всегда место, отведенное под строительство, является стабильным. Нахождение близко к поверхности подземных вод заболачивает грунт, делает его непригодным для возведения даже небольших построек.

Методы закрепления грунта

Существует несколько способов стабилизировать грунт, закрепить его, уменьшить сжимаемость и повысить прочность. Один из них — увеличить сцепление между частицами, не нарушая структуру почвы. Самые популярные методы:

  1. Глинизация почвы.
  2. Силикатизация грунтов.
  3. Цементация.
  4. Термизация.
  5. Электрохимизация.

Выбор конкретного метода зависит от типа почвы. Чаще всего для укрепления грунта используется именно силикатизация как самый простой вариант решения столь серьезного вопроса. Что это за способ, в чем его преимущества и особенности? Об этом — далее.

Силикатизация грунтов

Важная деталь: не подлежат силикатизации почвы, пропитанные нефтепродуктами или смолами.

С помощью данного метода можно укрепить как водонасыщенные почвы, так и сухие пески, микропористые просадочные и другие виды насыпных грунтов. Технология силикатизации грунтов очень проста: чтобы сделать почву более надежной и прочной, в нее нагнетают определенное вещество. Оно цементирует в грунте поры, благодаря чему связь между частицами повышается и почва становится намного прочнее.

На песчаных почвах и лессах применяется обычно однорастворный метод. Если песчаные грунты насыщены влагой или являются плывунами, изменить их состояние можно только при помощи двухрастворного способа силикатизации. Закрепить грунты силикатизацией можно только в том случае, если основание имеет коэффициент фильтрации 3-78 м/сутки.

В чем особенность? Особенность силикатизации грунтов в том, что, проникая в грунт, вещества обволакивают мелкие компоненты, склеивая и связывая их. Чтобы выполнить весь процесс, в грунте готовят отверстия или бурят скважины. После этого подготавливают в нужном объеме раствор и через инъекционные насосы закачивают его в почву.

Однорастворная силикатизация

На пылеватых песках и других видах нестабильных почв применяют именно однорастворный метод силикатизации грунтов. Для этого в почву нужного участка земли подают раствор жидкого стекла, смешанного с серной или фосфорной кислотой.

На заметку: ранее еще одним компонентом мог служить сернокислый аммоний. Но он был запрещен новыми правилами экологических служб.

После однорастворной силикатизации почва становится более стабильной, но ее прочности недостаточно для возведения крупных сооружений.

В качестве стабилизирующего вещества может служить и одно жидкое стекло. Такой вариант применяют на лессовых посадочных грунтах. Между жидким стеклом и водорастворимыми солями грунта происходит реакция, в результате чего образуется гель.

Двухрастворный способ

Двухрастворная силикатизация грунтов отличается от предыдущего варианта тем, что выбранные компоненты нагнетают в почву не одновременно, а поочередно: сначала жидкое стекло, а затем хлористый кальций. После химической реакции образовывается новое вещество. Это – гель кремниевой кислоты. Его главное качество – интенсивное затвердевание, которое осуществляется на протяжении первых суток. Далее скорость затвердевания значительно уменьшается, и оно заканчивается через 80-90 дней. За это время прочность почвы значительно увеличивается и достигает показателя не менее 4,5 МПа.

Главные особенности двухрастворного способа

Силикатизация грунтов данным методом имеет свои достоинства и недостатки. Неоспоримые преимущества:

  1. Возможность закрепить грунт на достаточно большом радиусе от скважины.
  2. Отсутствие необходимости использовать специальную технику, сложное оборудование.
  3. Возможность существенно улучшить качество грунта.

К сожалению, имеют место и недостатки, но их немного:

  1. Дороговизна – химические компоненты стоят не дешево.
  2. Процесс затвердевания происходит достаточно долго.

Когда рекомендована силикатизация?

Закрепление грунтов силикатизацией рекомендуется в следующих случаях:

  1. При строительстве автотрасс.
  2. При возведении производственных, складских и офисных помещений, частных домов, инфраструктурных и других объектов.
  3. При прокладывании железнодорожных путей сообщения.
  4. При строительстве гидротехнических сооружений.
  5. Когда необходимо уплотнить лессовые почвы.
  6. Для укрепления выработанных грунтов и т.д.

Применение двухрастворного способа гарантирует прочность почвы, благодаря чему здания и другие сооружения не будут подвергаться усадкам, трескаться или крениться.

Что дает силикатизация почвы?

Силикатизация грунтов позволяет:

  1. Увеличить несущую способность почвы под основаниями фундаментов сооружений и зданий.
  2. Уплотнить разуплотненные почвы, усилить ее во время проведения ремонта фундамента под зданиями и сооружениями.
  3. Уплотнить грунт основания в тех случаях, когда планируется прокладка инженерных коммуникаций или их ремонт. Рекомендуется проводить данную процедуру на разуплотненных грунтах и при разработке котлованов.
  4. Устранить или предотвратить непрогнозируемую усадку оснований на разуплотненных грунтах.
  5. Укрепить откосы котлованов.
  6. Устроить противофильтрационный завес.
  7. Устранить крен аварийного здания или сооружения.

Силикатизация грунта: когда применяется технология и есть ли ей место в бытовом строительстве

Силикатизация грунта — это один из методов закрепления грунта для большей долговечности конструкции с погружением под фундамент инъекторов из стальных перфорированных труб. Создается с помощью силикатных растворов, которые затем вводятся в сам грунт.

Укрепление грунта под фундаментом

Деформация строительных конструкций здания приводит к трещинам, перекосам дверей и окон. Таким образом, при накоплении массы такого рода проблем конструкции рушатся.

Однорастворный способ силикатизации

Применяется на нестабильных видах почв, подавая раствор жидкого стекла вместе с серной или фосфорной кислотой. Раньше мог использоваться сернокислый аммоний, но он был запрещен экологическим сообществом. Используя данный метод, почва становится крепче, но этого недостаточно для больших сооружений. В таком случае стабилизацией может служить жидкое стекло, так как при реакции стекла с солями грунта образуется гель.

Двурастворный способ силикатизации

Отличие от первого способа в том, что компоненты влияют на почву поочередно, а не сразу. Первым делом жидкое стекло, потом хлористый кальций. Из этой смеси образуется гель кремниевой кислоты. Главная особенность – затвердевание, результат виден в первые сутки. Со временем процесс происходит медленнее и заканчивается только по истечении 80–90 дней.

Достоинства силикатизации

Способ силикатизации серьезно расширяет спектр возможностей при строительстве там, где есть песчаные и водонасыщенные грунты, многократно усиливая ихнесущую способность. Основные преимущества:

  • нет тяжелых схем и процессов в использовании смесей, уплотняющих грунт;
  • процесс сам по себе не занимает большого количества времени;
  • прочность очень высокая в сравнении с другими технологиями.

Случаи использования силикатизации

Этот метод используется во многих случаях, например:

  • строительство железных дорог;
  • уплотнение фундаментов;
  • экстренные работы по устранению трещин в стенах;
  • укрепляя почву лесов.

Использование силикатизации на бытовом уровне

Для силикатизации нужны инъекторы, то есть перфорированные трубы. В бытовых условиях такие приспособления имеют место быть у человека, который работает в данной сфере. Соответственно, для бытового строительства этот метод будет тяжело реализуемым.

Полезный способ, который используется для укрепления грунтов в случае неустойчивости сооружения. Метод используется во многих видах дорог, домов, фундаментов, используется в основном жидкое стекло и некоторые дополнительные компоненты.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: