Цементация

Этот способ используется для закрепления грунтов и горных пород путем заполнения через скважины пор, трещин и других пустот в грунтовом массиве цементным, цементно-песчаным или цементно-глинистым раствором под давлением. Со временем ра­створ затвердевает и образуется грунто-цементный или грунто-цементно-глинистый камень, в результате чего образуется уплот­ненный массив с более высокими прочностными и противофильт-рационными характеристиками по сравнению с незакрепленным.

Цементация используется не только для улучшения прочнос­тных, деформационных ипротивофильтрационных характерис­тик грунтового массива, но и для заполнения крупных пустот под подошвой фундаментов, искусственных подземных выработок и полостей, образовавшихся после разложения органических обра­зований, а также для вспомогательной цементации грунтов осно­вания под фундаментами при силикатизации и смолизации для снижения расхода более дорогих химических растворов на запол­нение крупных пустот (см. рис. 38).

Применение цементных и цементно-песчаных растворов не обеспечивает полной водонепроницаемости грунтового массива, что объясняется следующим: частицы цемента имеют размер по­рядка 50 мкм, что позволяет им проникать в поры и трещины размером не менее 0,2 мм. Более мелкие поры и трещины остают­ся не зацементированными. Со­став цементных и цементно-песчаных растворов для различных грунтовых условий приводится в табл. 2.5.

Таблица 2.5. Цементно-песчаные растворы

Удельное водопоглощение	Весовое соотношение в	растворе
скважины, л/мин
	цемента	песка	воды
Менее 0,1		—
0,1-0,5		—
0,5-1		—
1-3		0,5
3-5
5-10			1,5
Более 10

Добавка в цементный раствор глины повышает стабильность раствора: такие растворы не расслаиваются, хорошо прокачива­ются насосами и, заполняя некрупные поры, трещины и пустоты в грунте, дают 100%-иый выход цементного камня, обеспечивая хороший контакт с породой и бетоном. Прочность тампонажного

камня при применении цементно-глинистых растворов составля­ет (в зависимости от соотношения компонентов: цемент—глина-вода) 0,5-10 МПа.

На предварительных стадиях проектирования радиус закреп­ления грунта принимается равным:

• в трещиноватых скальных породах 1,2+2 м;

• в галечниковых грунтах 0,75+1 м;

• в крупных песках 0,7+0,75 м;

• в песках средней крупности 0,3+0,5 м.

Нагнетание раствора в грунт продолжается до появления «от­каза» в поглощении раствора, под которым обычно понимается снижение расхода инъецируемого раствора до 5-10 л/мин при избыточном давлении раствора у устья скважины 0,1-0,5 МПа.

В среднем на закрепление 1 м³ грунта необходимо 0,15+0,4 м³ раствора.

Для приготовления цементационных растворов чаще всего используют портландцемент марки 400 и выше.

Глинизация. Сущность спо­соба заключается в заполнении глинистым раствором трещин и карстовых пустот в сухих породах, способных после нагнетания раствора впитывать из него воду, поэтому после заполнения пус­тот раствор в течение нескольких суток должен находиться под гидравлическим давлением. В результате повышения давления до 2 МПа вода отжимается из глинистого раствора, а обезвожен­ное глинистое тесто плотно заполняет пустоты и придает породе водонепроницаемость.

Для глинизации применяются глинистая суспензия, глиносиликатные и цементно-глинистые растворы. Применение глинис­тых растворов на основе бентонитовых глин позволяет повысить иротивофильтрационные свойства массива по сравнению с обыч­ными глинистыми растворами. Бентонит, увеличиваясь в объеме, уплотняется в трещинах и порах, имеющих ограниченный объем. Это обеспечивает высокую водонепроницаемость обработанного массива.

Способ применяется при наличии карстовых пустот в осно­вании фундаментов или пустот за обделкой подземных сооруже­ний, т.е. в тех случаях, когда требуется большой расход цемента.

К достоинствам способа можно отнести его низкую сто­имость и способность глины противостоять агрессивному дей­ствию подземных вод, а к недостаткам — большой расход тампонажных материалов и малую сопротивляемость тампонажного камня внешним нагрузкам.

Битумизация. Способ применяется в трещиноватых горных породах с высокими скоростями фильтрации грунтовых вод, ис­ключающими применение цементации или глинизации.

Существуют два метода битумизации: горячий и холодный.

Сущность способа горячей битумизации состоит в том, что через предварительно пробуренные скважины в массив нагнета­ется расплавленный битум, который, остывая в трещинах, прида­ет породе водонепроницаемость. Поскольку битум не смешива­ется с водой и при соприкосновении с ней образует плохо прово­дящую тепло пленку, то при нагнетании он заполняет большие пустоты и каверны даже при высоких скоростях фильтрации грунтовых вод. Распространению битума в массиве способствует его низкая теплопроводность и, следовательно, чрезвычайно мед­ленное остывание в крупных трещинах и пустотах. Расстояние между скважинами при ширине трещин и пустот менее 1,5 мм составляет 0,8 м; от 1,6 до 5 мм 1,5 м; от 6 до 10 мм — 1,5—2 м; от 11 до 20 мм — 2—3 м; более 20 мм — 3—4 м.

Горячая битумизация имеет и ряд существенных недостатков: с течением времени под действием напора грунтовых вод проис­ходит выдавливание битума из трещин с шириной раскрытия от 5-6 см и выше. Другой недостаток заключается в том, что из-за его значительной вязкости расплавленный битум не может пол­ностью заполнить трещины с шириной раскрытия менее 1 мм. Обычно радиус горячей битумизации колеблется в пределах от 0,75 до 1,5 м, и водопроницаемость этим способом полностью не ликвидируется. Кроме того, при остывании происходит темпера­турная усадка битума, достигающая 12 %, что также снижает во­донепроницаемость массива.

Вследствие указанных недостатков метод горячей битумиза­ции применяется крайне редко.

Для придания водонепроницаемости песчаным грунтам ис­пользуется метод холодной битумизации, заключающийся в на­гнетании в грунт битумной эмульсии. Этот способ не изменяет прочностных и деформационных свойств песчаных грунтов, а лишь повышает их водонепроницаемость.

Способ холодной битумизации применяется достаточно ред­ко, так как технология приготовления битумной эмульсии значи­тельно сложнее технологии приготовления растворов при сили­катизации или смолизации песчаных грунтов.

Силикатизация.

Двухрастворная силикатизация применяется для закрепле­ния крупного и средней крупности песка с коэффициентом фильтрации не менее 5 м/сут.

Для закрепления мелких песков и супесей применяется одно-растворная силикатизация, отличающаяся от двухрастворной тем, что используется слабоконцентрированный маловязкий си­ликатный раствор. Его отвердение в строго заданное время про­изводится добавкой химических реагентов (отвердителей).

Для закрепления лессовых грунтов, отличающихся высокой химической активностью, применяется силикатный раствор без отвердителя.

Однорастворная силикатизация лессовых грунтов применя­ется для закрепления просадочных грунтов, обладающих водо­проницаемостью более 0,2 м/сут и степенью влажности не более 0,7. В более влажных лессовых грунтах применяется газовая си­ликатизация, сущность которой заключается в том, что в грунт, подлежащий закреплению, через специальные скважины и инъекторы последовательно нагнетают углекислый газ, раствор си­ликата натрия и вторично углекислый газ. После такой обработ­ки грунты приобретают прочность, водоустойчивость и водонеп­роницаемость.

Смолизация. Этот метод заключается во введении в грунт гелеобразующего ра­створа высокомолекулярных смол (карбамидной, фенолформальдегидной) вместе с отвердителем (соляная и щавелевая кис­лоты, хлорное железо). В результате происходящих химических реакции смола переходит из жидкого состояния в твердое, гор­ные породы упрочняются, снижается их водопроницаемость, уве­личивается прочность.

Смолы, которые используются для закрепления песчаных грунтов, должны обладать невысокой вязкостью и полимеризоваться в порах грунта при температуре 4-10 °С. К ним относятся: мочевиноформальдегидные (карбамидные), фенольные, фурановые, акриловые и эпоксидные. Чаще всего в строительстве исполь­зуется мочевиноформальдегидная (карбамидная).смола с различ­ными отвердителями. Эта смола легко растворяется в воде, имеет малую вязкость и отверждается при невысокой температуре.

Термическое закрепление грунтов основано на нагнетании в грунтовый массив теплового потока, который, проникая в поры, обжигает грунт, увеличивает его прочность и ликвидирует пучинистые и просадочные свойства. Сжигание топлива в скважинах ведется при температуре 600-^650 °С. С помощью термического закрепления можно немедленно прекратить процесс осадок, в том числе аварийных, вызванных увлажнением грунта под на­грузкой. Обжиг грунта производится через специальные нагрева­тельные скважины.

Дата добавления: 2014-12-23