Закрепление грунтов инъекцией цементных растворов

Методы закрепления грунтов — новости строительства и развития подземных сооружений

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

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

Методы глубинного укрепления грунтов

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

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

•    Механический

Химическое закрепление грунтов

Химическое закрепление грунтов инъекцией в строительстве в настоящее время осуществляется способами силикатизации, смолизации и цементации.  Наиболее распространенная и популярная из технологий по закреплению грунтов – это цементация.

Цементация — это процесс нагнетания в грунт жидкого цементного раствора или цементного молока по ранее забитым полым сваям. Цементация применяется для закрепления крупно- и среднезернистых песков, трещиноватых скальных пород путем нагнетания в грунт цементного раствора через инъекторы.

В зависимости от размера трещины и пористости песка применяют суспензию с отношением цемента к воде от 1:1 до 1:10, а также цементные растворы с добавками глины, песка и других инертных материалов.

Радиус закрепления грунтов составляет в скальных грунтах — 1,2-1,5 м, в крупных песках — 0,5-0,75 м, в песках средней крупности — 0,3-0,5 м. Цементацию производят нисходящими зонами; нагнетание прекращают при достижении заданного поглощения или когда снижение расхода раствора достигнет 0,5 л/мин в течение 20 мин при заданном давлении.

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

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

Термическое закрепление грунтов

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

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

https://www.youtube.com/watch?v=06eDKK_Oef8

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

Электрический способ закрепления грунтов

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

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

Механический способ укрепления грунтов

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

Устройство грунтовых подушек заключается в замене слабого грунта основания другим, более прочным, для чего слабый грунт удаляют, а на его место насыпают прочный грунт и послойно утрамбовывают. При устройстве грунтовых свай в слабый грунт забивают сваю-лидер. В полученную после извлечения этой сваи скважину засыпают грунт и послойно уплотняют.

Вытрамбовывание котлованов осуществляется с помощью тяжелых трамбовок, подвешенных на стреле башенного крана. Этот способ менее сложен, чем способ грунтовых подушек, поскольку не требует замены грунта основания. Также уплотнение котлованов значительных размеров может осуществляться гладкими или кулачковыми катками, трамбующими машинами, виброкатками и виброплитами.

Источник: https://undergroundexpert.info/issledovaniya-i-tehnologii/tehnologii/metody-zakrepleniya-gruntov/

Закрепление грунтов методом инъекции растворов — МСО Геострой

Искусственное закрепление грунтов — это такое воздействие на грунт, в результате которого повышается его прочность: он становится неразмываемым, а в некоторых случаях и водонепроницаемым, и применяется с целью создания водонепроницаемых ограждений при отрывке котлованов и траншей, борьбы с оплыванием откосов, а также укрепления оснований фундаментов. В строительстве применяется поверхностное — на глубине менее 1 м, и глубинное — на глубине в несколько метров, закрепление грунта.

Искусственное закрепление грунтов может выполняться: замораживанием, цементацией, силикатизацией, битумизацией, термическими и электрохимическими способами и др.

Цементация применяется для закрепления крупно-, среднезернистых песков и трещиноватых скальных пород путем нагнетания в грунт цементного раствора через инъекторы.

В зависимости от размера трещины и пористости песка применяют суспензию с отношением цемента к воде от 1:1 до 1:10, а также цементные растворы с добавками глины, песка и других инертных материалов. Радиус закрепления грунтов составляет в скальных грунтах — 1,2- 1,5 м, в крупных песках — 0,5-0,75 м, в песках средней крупности — 0,3-0,5 м.

Цементацию производят нисходящими или восходящими зонами; нагнетание прекращают при достижении заданного поглощения или когда снижение расхода раствора достигнет 0,5 л/мин в течение 10 мин при заданном давлении.

Укрепление грунтов и конструкций путём инъекции раствора на основе особо тонкодисперсных вяжущих (микроцементов)

Микроцементы представляют собой портландцемент очень мелкого помола. Они предназначены специально для инъектирования в твердые породы и грунты. Благодаря очень мелким частицам микроцементы отлично проникают в микротрещины в твёрдых породах и мелкозернистых грунтах, обеспечивая водонепроницаемость, прочность и долговечность в большинстве случаев инъектирования. Микроцементы могут быть сульфатостойкими и доступны в различных градациях в зависимости от максимального размера частиц.

Одной из целей микроцементов является закрепление и уплотнение грунтовых массивов и конструкций путем пропитки их поровой структуры водной суспензией и последующим затвердением массива. Микроцемент является альтернативой органическим инъекционным составам. Как минеральное вяжущее, отличается прочностью, долговечностью и безопасностью для окружающей среды. Инъекционное закрепление грунтов и материалов является наиболее эффективным технологическим методом усиления оснований и фундаментов зданий и сооружений.

Эффективность инъекционных технологий проистекает из низких затрат и высоких темпов производства работ, что определяется: — использованием малогабаритного и легкого транспортируемого оборудования — незначительным объемом буровых работ — возможностью работ для труднодоступных участков — возможностью ведения работ в стесненных условиях — высокой производительностью труда.

Проблемы инъекционного закрепления всегда состояли в гарантированном обеспечении долговечности и прочности закрепляемых массивов грунта или конструкций, в возможности создавать массивы со значительными габаритами, а так же в экологической и санитарной безопасности применяемых инъекционных составов.

Применение микроцементов позволяет сочетать эффективность инъекционных технологий и устранение указанных проблем, так как, являясь минеральным вяжущим с долгим сроком сохранения инъекционных свойств, обеспечивают высокую прочность и долговечность закрепления, позволяет создавать массивы с большими габаритами и является экологически и санитарно безопасным материалом.

В настоящее время для закрепления грунтов и иных конструкций успешно применяются растворы на основе таких микроцементов, как «Микролег d98» (производитель — фирма «Цементоросси», Италия), «Реоцем» (производитель — фирма «БАСФ», германия), «Микродур» (производитель — фирма «Дюкерхоф», Германия), «Инжектоцем-190» (производитель – фирма «Зика», Швейцария) и т.д. Гранулометрический состав этих материалов характеризуется величиной удельной поверхности частиц.

Материал Марка Удельная поверхность
частиц, см2/г

Микролег	d98-25мк	9 000
Микролег	d98-10мк	14 000
Реоцем	650	6 500
Реоцем	800	8 000
Реоцем	900	9 000
Микродур	R-X	24 000
Микродур	R-U	16 000
Микродур	R-F	12 000
Инжектоцем	190	16 000

Типичные области применения

Технология усиления фундаментов: Усиление ленточных и столбчатых фундаментов на основаниях, сложенных из песчаных грунтов. Инъекционное закрепление грунта прилегающего к фундаментам до прочности 5 — 10 МПа позволяет увеличить ширину и глубину залегания фундаментов, повышая тем самым их несущую способность.

Технология устройства анкерных свай: Инъекционное закрепление песчаных прослоев грунта позволяет создать грунтобетонные уширения свай в виде габаритной анкерной подушки с прочностью 10 — 15 МПа. Анкерные сваи с габаритным грунтобетонным анкером (до 1,5 м в диаметре) имеют более высокое сопротивление выдергиванию, чем все существующие современные конструкции анкеров, что позволяет минимизировать количество анкерных свай.

Технология восстановления стены в грунте: Инъекционное укрепление грунта прочностью 5 — 10 МПа за «стеной в грунте» позволяет устранять фильтрацию воды, выход грунта и восстанавливать несущую способность конструкции. Данный метод применяется также в качестве предварительного противоаварийного мероприятия при устройстве «стены в грунте» в водонасыщенных подвижных грунтах.

Технология устройства искусственного водоупора: Инъекционная стабилизация грунта в виде горизонтального экрана (противофильтрационной завесы) в песчаных прослоях грунта в котлованах, имеющих противофильтрационное вертикальное ограждение (стена в грунте, буросекущие сваи, шпунт и т.д.), но не имеющих естественного водоупора, позволяет выполнять функцию искусственного горизонтального водоупора и уменьшить фильтрацию воды в котлован в тысячи раз.

Технология устройства свай с опорной пятой: Инъекционное закрепление песчаных прослоев грунта залегающих на глубине в основании зданий позволяет создать грунтобетонные уширения свай в виде опорной пяты с прочностью 10 — 15 МПа. Опорная пята сваи значительно повышает ее несущую способность и позволяет получить значительную экономию за счет уменьшения длины и диаметра сваи.

Технология углубления подвальных помещений: Инъекционное закрепление песчаного грунта залегающего под ленточными и столбчатыми фундаментами до прочности 15 — 20 МПа позволяет создать новые грунтобетонные фундаментные стены и фундаменты под подошвой существующих фундаментов и устроить (углубить) подвальное помещение.

Струйная цементация (джет-гроутинг, jet-grouting) применяется для закрепления любых типов грунтов, кроме скальных.

Устройство струйной цементации выполняется в два этапа – бурение лидерной скважины диаметром 112 мм и нагнетание цементного раствора под высоким давлением через сопла монитора, расположенного на конце буровой колонны, с одновременным ее вращением и подъемом. Диаметр грунтобетонных свай в зависимости от геологических условий составляет от 600 мм до 1200 мм. Основным преимуществом технологии является возможность производства работ без ударных нагрузок на близко расположенные здания. Кроме того, устройство струйной цементации грунтов позволяет выполнить работы с высокой производительностью, в сжатые сроки, что в современных условиях является особенно важным для инвестора с точки зрения эффективности затраченных финансовых ресурсов.

Силикатизация применяется для повышения прочности, устойчивости и водонепроницаемости песчаных и водонасыщенных грунтов с коэффициентом фильтрации от 2 до 80 м/сут. Способ силикатизации успешно применяется для закрепления грунтов в основаниях существующих зданий в целях ликвидации их просадок.

Силикатизация может быть двух- и одно-растворной. Двухрастворная силикатизация заключается в последовательном нагнетании в грунт сначала водного раствора силиката натрия (жидкого стекла), а затем хлористого кальция, которые в результате химической реакции образуют гель кремниевой кислоты, гидрат окиси кальция (известь) и хлористый натрий.

При этом прочность грунта достигает проектного значения.

Замораживание применяют в водонасыщенных грунтах (плывунах) при возведении фундаментов, сооружении шахт и др. Для замораживания грунта по периметру котлована погружают замораживающие колонки из труб, соединенные между собой трубопроводом, по которому нагнетают охлаждающую жидкость- рассол с температурой -20…-25 °С. Существенными недостатками метода являются временный эффект замораживания, длительный процесс оттаивания, необходимость разрабатывать весьма прочный мерзлый грунт. Однако технология замораживания хорошо отработана и способ широко применяется.

Источник: http://www.msogeostroy.ru/page/zakreplenie_gruntov_metodom_inekcii_rastvorov