Силикатизация песчаных и лессовидных грунтов

Силикатизация состоит в нагнетании через систему скважин в поры грунта раствора силиката натрия Na2OˑnˑSiO2 (жидкого стекла) в сочетании с растворами отвердителей (коагулянтов). В качестве отвердителей могут использоваться растворы ортофосфорной кислоты (H3PO4), фосфорной кислоты в сочетании и однозамещенным фосфорнокислым натрием (NaH3PO4) или раствором этой соли без кислоты, раствором кремне фтористоводородной кислоты, алюминат натрия и алюмосернокислый раствор (H2SO4+AL2(SO4)3) и др.

В результате взаимодействия силиката натрия и коагулянта выделяется гель кремниевой кислоты, который превращает грунт в водонепроницаемый массив с прочностью на сжатие до 4 – 6 мПа песчаных грунтов и до 0,8 – 1,2 мПа лессовидных грунтов.

Различают одно и двух растворную силикатизацию. Одно растворная силикатизация применяется для упрочнения мелких и пылеватых песков с коэффициентом фильтрации от 0,5 до 5 м/сут, а просадочных грунтов от 0,2 до 2 м/сут. Силикатизация состоит из нагнетания в грунт чистого раствора силиката натрия с введением в него химических добавок – отвердителей. Время гелеобразования при температуре 20⁰С 1 – 10 часов. Плотность жидкого стекла 1.15 ÷ 1,3 т\мᶾ, а коагулянта 1,05 окиси натрия÷1,0 т/мᶾ.

Двух растворная силикатизация применяется для упрочнения и уплотнения песчаных грунтов с коэффициентом фильтрации от 2 до 80 м/сут. и состоит в последовательном или одновременным нагнетании жидкого стекла и хлористого кальция. В результате их химического взаимодействия выделяется гель кремниевой кислоты.

Основной характеристикой жидкого стекла является силикатный модуль. Силикатным модулем называют отношение числа грамм молекул двуокиси кремния и окиси натрия:

Мс = 323

Для силикатизации применяются растворы с модулем в пределах от 2,7 до 3.

Рабочую концентрацию жидкого стекла назначают в зависимости от коэффициента фильтрации уплотняемого грунта:

Kф, м/сут	2 - 10	10 - 20	20 - 80
Плотность раствора жидкого стекла, т/мᶾ	1.35 – 1,38	1,38 - 1,41	1,41 - 1.44

Силикатный раствор смешивается с водой в любых соотношениях. Необходимый объем воды W для получения раствора нужной плотности определяется по формуле:

W =

где и – плотность исходного и конечного раствора силиката, т/; V – объем исходного раствора силиката, л.

Оборудование для силикатизации состоит из звеньев труб – инъекторов с внутренним диаметром 25 – 50 мм, длиной каждого звена 1 – 1.5 м. Оборудование для силикатизации грунтов приведено на Рис.63.

Рис. 63 Инъектор для силикатизации крупных и средней крупности песков

1 – наголовник; 2 – ниппель наголовника; 3 – накидная гайка; 4 – штуцер; 5 – шланг; 6 - колонна труб; 7 –перфорированное звено; 8 – наконечник.

А – в плане; б – в разрезе; l – длина перфорированной части инъектора.

Инъектор забивается в грунт на глубину до 15 м. При большей глубине инъектор устанавливают в пробуренные на глубину до 3 м скважины и затем забивают. Отклонение скважины от вертикали не должно превышать 1%.

Раствор нагнетается в инъектор плунжерным насосом под давлением до 3 МПа с расходом до 5 л/мин.

При силикатизации инъекторы располагаются в шахматном порядке с расстоянием между ними в ряду 1,75 R, а между рядами 1,5 R.

Радиус закрепления определяется по формуле:

R =

Раствор в грунт нагнетается заходками. Длина заходки равна длине перфорированного звена плюс 0,5 R.Однородные по проницаемости грунты закрепляют заходками сверху вниз. Если на глубине завесы залегают грунты с большей проницаемостью, то закрепление ведут заходками снизу вверх.

При двух растворной силикатизации нагнетание растворов производится последовательно, последовательно – совместно и совместно.

При последовательном нагнетании раствора заходками сверху вниз нагнетают раствор жидкого стекла, а затем заходками снизу в верх нагнетают хлористый кальций. Способ применяется при упрочнении грунтов с коэффициентом фильтрации до 1 м/сут.

При последовательно – совместном способе, в грунт одновременно забивают два инъектора на расстоянии 0,15 – 0,2 м. Нагнетание растворов ведут заходками снизу вверх. Сначала через инъектор, расположенный выше по течению грунтовых вод нагнетается жидкое стекло, а затем через 19 -15 минут, когда раствор жидкого стекла переместится в створ второго инъектора, в него нагнетают раствор хлористого кальция. Растворы нагнетают в грунт равномерно со скоростью 1 – 5 л/мин.

Перерывы между нагнетанием жидкого стекла и хлористого кальция не должны превышать следующих значений:

Скорость движения грунтовых вод, м/сут.		0,5	1,5
Перерывы в подаче раствора, час

После нагнетания растворов все оборудование промывается горячей водой. Скважины тампонируются цементным раствором.

Контроль качества силикатизации осуществляют не раньше чем через двое суток после завершения работ бурением скважин с отбором монолитов. Количество скважин составляет 2 – 3% от общего количества точек нагнетания.

Подводно-технические работы

Дата добавления: 2014-01-03