Закрепление грунтов

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ, искусственное улучшение для строительных целей физико-механических свойств грунтов (прочности, водонепроницаемости и др.) в условиях их природного, ненарушенного залегания; аналогичный процесс для грунтов нарушенной структуры в слоях дорожных покрытий и их основаниях называется укреплением грунтов. Закрепление грунтов применяют: для увеличения несущей способности грунта под фундаментами существующих зданий и сооружений; создания противофильтрационных завес, придания водонепроницаемости породам при проходке горных выработок (шахт, тоннелей и т.п.); уплотнения и обжатия тоннельных обделок и укрепления окружающей тоннель породы; предотвращения неравномерных просадок сооружений при их строительстве на лёссовых грунтах и др.

В скальных трещиноватых грунтах основными способами закрепления грунтов являются цементация и горячая и холодная битумизация. Для закрепления рыхлых грунтов применяют силикатизацию, холодную битумизацию, электризацию и замораживание грунтов.

Цементация заключается в нагнетании под давлением в толщу закрепляемого грунта (трещиноватый скальный, крупнообломочный, гравелистый, а также крупнозернистые пески с коэффициентом фильтрации более 80 м/сутки) через систему скважин цементной суспензии, так называемого тампонажного цементного раствора (массовое отношение цемента к воде от 0,1 до 2). При нагнетании раствор заполняет имеющиеся в грунтовом массиве трещины, пустоты и поры, а затем затвердевает. Диаметр скважин принимается от 38 до 150 мм. Расстояние между скважинами устанавливается от 1 до 5 м в зависимости от величины удельного водопоглощения грунта. Величина давления при нагнетании зависит от глубины скважины и может достигать, например, при устройстве противофильтрационных завес 5 МПа, при проходке шахт 15-20 МПа.

При горячей битумизации в скальный грунт нагнетается нагретый до 150 °С битум, который заполняет трещины и пустоты в массиве грунта. Затем битум затвердевает, что делает грунт водонепроницаемым. Холодная битумизация состоит в нагнетании в грунт (скальный или песчаный) 35-40% водной эмульсии битума. Битум коагулирует в порах грунта, придавая ему водонепроницаемость и несколько повышая прочность.

Силикатизация представляет собой химический способ закрепления оснований сооружений, представленных песчаными или лёссовыми грунтами. Закрепление песков производится обычно так называемым двухрастворным способом, при котором в грунт нагнетается сначала раствор жидкого стекла (силиката натрия), а затем раствор хлорида кальция. Закрепление пылеватых песков (плывунов) осуществляется путём нагнетания в грунт раствора жидкого стекла и фосфорной кислоты, то есть более простым однорастворным способом. Для закрепления лёссов и предотвращения их просадок в грунт нагнетают только раствор жидкого стекла, роль второго раствора выполняют растворы солей самого грунта. Получающийся в результате реакции гель кремниевой кислоты придаёт грунтам прочность и водонепроницаемость. Растворы нагнетают в грунт через металлические трубки (инъекторы). Расстояние между инъекторами принимается в зависимости от радиуса закрепления и колеблется от 0,8 до 1,2 м. По вертикали нагнетание раствора разделяют на зоны - заходки. Величина одной заходки равна 0,6-1,0 м. В результате получается сплошной массив закреплённого грунта требуемого очертания и размера.

Электризация постоянным током применяется для закрепления глинистых грунтов, для которых затруднительно нагнетание каких-либо растворов из-за очень малой фильтрационной способности таких грунтов. В результате процесса электроосмоса грунт обезвоживается (электродренаж), а при дальнейшем воздействии тока прочно закрепляется (электрозакрепление).

При укреплении грунтов предварительно измельчённый грунт перемешивают с вяжущими материалами, увлажняют до оптимальной влажности и затем уплотняют полученную смесь (для обеспечения максимального воздействия на грунт вяжущих). В результате грунты приобретают высокую прочность, морозостойкость и длительную устойчивость, как в сухом, так и в водонасыщенном состоянии. Для укрепления грунтов применяют минеральные (цементы, известь, молотые гранулированные шлаки, золы-уносы тепловых электростанций и т. п.) и органические (вязкие или жидкие битумы, каменноугольный дёготь) вяжущие материалы, а также синтетические смолы (карбамидо-формальдегидные, резорцино-формальдегидные и др.). Применение укреплённых грунтов, в том числе техногенного происхождения, в слоях дорожных покрытий обеспечивает значительное снижение стоимости строительства автомобильных дорог и уменьшает в 3-4 раза потребность в привозных каменных материалах.

Лит.: Гончарова Л. В. Основы искусственного улучшения грунтов. М., 1973; Укрепленные грунты. М., 1982.