Укрепление грунтов

Укрепление грунтов

Жидкое стекло применимо в качестве компонента при укреплении грунтов. Для уплотнения, укрепления грунта и уменьшения осадки находящегося на нем здания используют несколько различных методов. Одним из эффективных способов уплотнения грунта является его силикатизация. Силикатизация предусматривает укрепление мелких и пылеватых песков и плывунов однорастворным или двухрастворным составами на основе жидкого стекла. Растворы нагнетают инъекторами под давлением 3-6 атмосфер, закрепляя грунт в радиусе 0,3-1 м. Способом силикатизации можно закреплять отдельные участки, а также целые массивы грунта. При сплошном закреплении массива грунта инъекторы располагают в шахматном порядке с расстоянием между рядами, равным 1,5 радиуса закрепления одним инъектором.

Силикатизация в основном применяется при подготовке оснований для таких сооружений, как высотные здания, плотины, дамбы, или для усиления оснований под уже построенными зданиями и сооружениями. Прочность закрепленного грунта сохраняется даже при воздействии на него воды, в которой растворены агрессивные химические вещества.

Состав, концентрация и количество клеевого раствора определяются с учетом:

  • физико-механических свойств грунта;

  • гидрогеологических условий на закрепляемом участке;

  • размеров закрепляемого участка;

  • сейсмической категории зоны строительства.

При однорастворном составе используют силикат натрия — жидкое стекло и алюминат натрия. В двухрастворном составе вместо алюмината натрия используют хлористый кальций.

Процесс склеивания грунтов может осуществляться:

  • последовательно — сначала в грунт закачивается клей (жидкое стекло или водный раствор смолы), потом — отвердитель;

  • одномоментно — клей и отвердитель смешиваются до начала процесса, и получившаяся смесь закачивается в грунт.

Для закрепления мелких песков и плывунов разработан способ однорастворной силикатизации, основанный на введении в грунт гелеобразующего раствора, состоящего из двух или трех компонентов, с вязкостью, близкой к вязкости воды (2-5 спз) и с замедленным (заранее заданным) временем гелеобразования. Однорастворная силикатизация сообщает грунту водонепроницаемость, достаточно высокую механическую прочность и применяется для защиты котлованов от притока грунтовых вод; закрепления грунтов при проходке подземных выработок; создания водонепроницаемых завес в гидротехнических сооружениях; увеличения несущей способности грунтов под фундаментами зданий и сооружений.

Рецептуру таких составов можно условно представить, как:

 

    1. Жидкое стекло нужной плотности + кремнефтористоводородная кислота (либо кремнефтористый натрий). При одномоментной подаче раствора жидкого стекла и отвердителя (совместно — тампонажного раствора) требования к технологии подачи смеси повышаются, так как процесс схватывания компонентов клея начинается с момента соединения компонентов. Это неизбежно приводит к увеличению вязкости раствора и снижению его текучести. Данное обстоятельство требует повышения скорости подачи раствора в инъектор и увеличения давления для обеспечения проникновения композита на заданную глубину проникновения раствора в грунт;

 

    1. Жидкое стекло нужной плотности  + ортофосфорная кислота (Н3Р04);

 

  1. Жидкое стекло нужной плотности + серная кислота (Н2SO4) + сернокислый алюминий. Использование серной кислоты в качестве отвердителя рентабельно, однако, она слишком быстро коагулирует жидкое стекло, вследствие чего затрудняется  регулирование  времени гелеобразования. Для замедления процесса гелеобразования в раствор серной кислоты добавляют реагенты, выполняющие роль буфера в процессе гелеобразования (сернокислый алюминий).

Последовательная подача компонентов клея в грунт позволяет получить более прочное закрепление грунтовых структур. Первый компонент (жидкое стекло) без отвердителя обладает большей проникающей способностью, и процесс отверждения начинается еще до ввода отвердителя, из-за взаимодействия с природными отвердителями, находящимися в самом грунте. Кроме того, последовательная подача компонентов в инъектор позволяет выиграть время на проведение работ и упростить технологию подачи растворов — производить их при меньших давлениях подачи. Закрепленный таким способом грунтовый массив более однороден, чем при одномоментной подаче компонентов клея в грунт.

В общем для обеспечения надежного схватывания грунта методом силикатизации используются следующие отвердители:

  • раствор хлористого кальция (32 %);

  • раствор ортофосфорной кислоты (78 %);

  • раствор кремнефтористоводородной или щавелевой кислоты;

  • алюминат натрия;

  • углекислый газ;

  • другие химические вещества.

В сложных гидрогеологических условиях или для укрепления особенно ненадежных грунтов используются цементносиликатные и глиносиликатные растворы, смешанные с отвердителями.

Двухрастворная силикатизация применяется для укрепления хорошо дренирующих грунтов, например, гравелистых, крупных и средней крупности песков с коэффициентом фильтрации (kф) от 5 до 80 м/сут. Однорастворная силикатизация применяется для укрепления слабодренирующих грунтов, например, для закрепления песков средней крупности, мелких и пылеватых с kф от 0,5 до 20 м/сут. При такой силикатизации в грунт нагнетается смесь жидкого стекла и отвердителя (кремнефтористоводородной кислоты или ортофосфорной кислоты). При этом радиус закрепления составляет от 0,3 до 0,6 м, а прочность закрепленных песков — от 2 до 4 МПа.

При газовой силикатизации в качестве отвердителя жидкого стекла применяется углекислый газ, который закачивается в грунт до и после раствора натриевого жидкого стекла.

Наряду с жидким натриевым стеклом применяют калиевое стекло для уплотнения грунта.