Закрепление грунтов

Причины закрепления грунтов

Закрепление грунтов требуется в следующих случаях:

1. Промышленное и гражданское строительство - при проектировании и устройстве оснований зданий и сооружений в соответствии со СНиП 2.02.01-83 (2000):
а) Если при прогнозируемом уровне подземных вод возможны недопустимое ухудшение физико-механических свойств грунтов основания, развитие неблагоприятных физико-геологических процессов, нарушение условий нормальной эксплуатации заглубленных помещений и т.п., в проекте должны предусматриваться соответствующие защитные мероприятия (в т.ч. закрепление грунтов);
б) Для выполнения требований расчета оснований по двум группам предельных состояний: первая группа - по несущей способности, вторая - по деформациям. Основными параметрами механических свойств грунтов, определяющими несущую способность оснований и их деформации, являются прочностные и деформационные характеристики грунтов (угол внутреннего трения ф, удельное сцепление с, модуль деформации грунтов Е);
в) Устранение просадочных свойств грунтов;
г) При расчетных деформациях основания, сложенного биогенными грунтами и илами, больше предельных или недостаточной несущей способности основания;
д) При расчетных деформациях основания, сложенного засоленными грунтами, больше предельных или недостаточной несущей способности основания;
е) При проектировании сооружений на закарстованных территориях;
ж) При расчетных деформациях основания, сложенного намывными грунтами, больше предельных или недостаточной несущей способности основания;

2. Гидротехническое строительство – при проектировании оснований сооружений в соответствии со СНиП 2.02.02–85 (с изм.1 от 2003): закрепление и уплотнение грунтов в основании сооружений следует предусматривать для изменения прочностных и деформационных характеристик грунтов с целью повышения несущей способности оснований, уменьшения осадок и смещений, а также для обеспечения требуемой проектом водопроницаемости и фильтрационной прочности.

3. Строительство тоннелей в соответствии со СНиП 32-04-97: работы по сооружению тоннелей в неустойчивых грунтах (водонасыщенные грунты).

4. Дорожное и аэродромное строительство в соответствии со СНиП 3.06.03-85: устройство оснований и покрытий автодорог из крупнообломочных, песчаных и глинистых грунтов и отходов промышленности, укрепленных неорганическими и органическими вяжущими материалами.

Закрепление грунтов. Способы применения

Поверхностное укрепление грунтов

При поверхностном укреплении грунтов органическими вяжущими по ГОСТ 30491-97 (с изм. 1 2000) различают:

1. Органоминеральная смесь - искусственная смесь, получаемая смешением на дороге или в смесительных установках щебня, гравия, песка и их смесей, а также минерального порошка (в том числе порошковых отходов промышленного производства) с органическими вяжущими (жидкими или вязкими битумами, битумными эмульсиями) и активными добавками и без них или с органическими вяжущими совместно с минеральными.

2. Укрепленный грунт - искусственная смесь, получаемая смешением на дороге или в смесительных установках грунтов с органическими вяжущими (жидкими битумами и битумными эмульсиями) и активными добавками и без них или с органическими вяжущими совместно с минеральными.

При поверхностном укреплении грунтов неорганическими вяжущими по ГОСТ 23558-94 (с изм. 1 1998, 2 2000) различают:

1. Обработанный материал - искусственный материал, получаемый смешением в карьерных смесительных установках песчано-щебеночных, песчано-гpавийных, песчано-щебеночно-гpавийных смесей, золошлаковых смесей и песка с цементом или другим неорганическим вяжущим и водой и отвечающий в проектные или промежуточные сроки ноpмиpуемым показателям качества по прочности и морозостойкости.

2. Укрепленный грунт - искусственный материал, получаемый преимущественно смешением непосредственно на дороге (с использованием фрез) грунта с цементом или другим неорганическим вяжущим и водой и отвечающий в проектные и промежуточные сроки нормируемым показателям качества по прочности и морозостойкости.

Глубинное закрепление грунтов:

а) Способы химического закрепления грунтов:
1. Инъекционный - осуществляемый путем нагнетания в грунт химических растворов с помощью инъекторов или в скважины (смолизация, одно - и двухрастворный способ силикатизации, газовая силикатизация, цементация, глинизация, битумизация, защелачивание грунтов).
2. Буросмесительный - путем разработки и перемешивания грунта с цементом или цементными растворами лопастным смесителем в скважинах.
3. Струйная цементация грунтов (струйная геотехнология) – способ закрепления грунтов основанный на использовании высоконапорной струи цементного раствора для одновременного разрушения, перемешивания и частичного замещения грунта цементным раствором.

б) Применение постоянного электрического тока:
1. Электрохимическое закрепление – основанное на использовании химических процессов, протекающих в грунте при длительном воздействии на него постоянного электрического тока, в частности замены в поглощающем комплексе грунта кальция и натрия на водород и алюминий, в результате чего грунт приобретает необратимую механическую прочность.
2. Электросиликатизация – способ, который использует явление электроосмоса, но с одновременным введением в грунт под давлением растворов силиката натрия и хлористого кальция или одного гелеобразующего раствора на основе силиката натрия. В этом случае закрепленный грунт приобретает прочность и устойчивость в воде.

в) Спекание грунтов
1. Термический способ - путем нагнетания в скважины высокотемпературных газов или с помощью электронагрева грунта;

г) Замораживание грунтов
1. Искусственное замораживание грунтов – основывается на использовании холодоносителя (рассола), циркулирующего в рассолопроводах и замораживающих колонках.

д) Обезвоживание грунтов
1. Электроосмотическое обезвоживание (осушение) – способ основан на совместном применении постоянного электрического тока и иглофильтрового водопонижения.
2. Водопонижение - искусственное понижение уровня подземных вод для защиты заглубленных и подземных сооружений и котлованов в периоды строительства и (или) эксплуатации с применением водоотлива, дренажа, водопонизительных скважин и иглофильтров.

Проблемы закрепления определенных видов грунтов минеральными вяжущими

Приведенные выше способы глубинного закрепления грунтов рекомендуется применять в следующих грунтовых условиях:

- силикатизацию и смолизацию – в песчаных грунтах с коэффициентом фильтрации k от 0,5 до 80 м/сут, в просадочных грунтах при k ≥ 0,2 м/сут и степени влажности Sr ≤ 0,7;

- цементацию – в трещиноватых скальных грунтах с удельным водопоглощением не менее 0,01 л/мин х м2; в крупнообломочных грунтах при k ≥ 40 м/сут, а также для заполнения карстовых полостей и закрепления закарстованных пород;

- глинизация может применяться в гравелистых и трещиноватых грунтах с коэффициентом фильтрации в пределах от 50 до 500 м/сут;

- битумизацию – в песчаных грунтах с коэффициентом фильтрации от 10 до 100 м/сут;

- буросмесительный способ следует применять для закрепления независимо от коэффициента фильтрации илов (в том числе со слоями глин и суглинков с показателем текучести JL ≥ 0,5 или слоями песков рыхлых и средней плотности), а также лессовых просадочных грунтов с числом пластичности от 0,02 до 0,15 в грунтовых условиях I типа. Применение буросмесительного способа закрепления грунтов допускается для зданий и сооружений III класса;

- термический способ следует применять для закрепления лессовых просадочных грунтов со степенью влажности Sr ≤0,5;

- при электросиликатизации наибольший эффект достигается при коэффициенте фильтрации от 0,2 до 0,01 м/сут;

- искусственное замораживание целесообразно применять в водопроницаемых грунтах с коэффициентом фильтрации не более 10м/сут, а также в трещиноватых скальных грунтах с притоком подземных вод более 50м3/час;

- строительное водопонижение следует применять для следующих грунтовых условий:
а) трубчатый дренаж следует предусматривать в грунтах с коэффициентом фильтрации К ≥ 2 м/сут. Допускается его применение и при К< 2 м/сут в строительном водопонижении и в сопутствующих дренажах тоннелей, каналов и других устройств для коммуникаций, если опытным путем доказана его эффективность;
б) вакуумный дренаж следует применять в грунтах с коэффициентом фильтрации менее 2 м/сут;
в) электроосушение следует применять в слабопроницаемых грунтах, имеющих коэффициенты фильтрации менее 0,1 м/сут.

Практически во всех вышеуказанных методах глубинного закрепления грунта применяют следующее технологическое оборудование: погружаемые в грунт забивкой или забуриванием инъекторы, регулирующую и разводящую сеть, установки для нагнетания и приготовления химических растворов.

Одни из этих способов широко используются в строительстве, другие из-за недостаточной изученности практически не применяются. Границы применения вышеуказанных способов зависят от коэффициента фильтрации грунтов, так как очевидно, что процесс закрепления грунта может быть осуществлен, только при условии, когда не нарушается структура грунта.