Министерство образования Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Сибирский государственный индустриальный университет
Кафедра инженерных конструкций
Реферат
по дисциплине “Основания и фундаменты”
на тему “Химическое закрепление грунтов”
| Выполнил: | Студент гр. СПО – 992 Бородина О.С. |
| Проверил: | Кравцова И.А. |
Новокузнецк 2003
Введение. 3
Инъекторы.. 9
Требования, предъявляемые по забивке инъекторов. 11
Список литературы.. 13
Закрепляемые грунты должны обладать достаточной проницаемостью. Глинистые и суглинистые грунты вследствие малой проницаемости не поддаются химическому закреплению. Таким образом, хорошо фильтрующие грунты поддаются закреплению, внедряя в их поры вяжущие материалы. Способ закрепления выбирают в зависимости от грунтовых условий района строительства, а также производственных возможностей его выполнения.
Химическое закрепление грунтов начало развиваться с 1931 г., когда Б.А. Ржаницыным был разработан первый — двухрастворный способ силикатизации водонасыщенных песков. По схеме двухрастворного способа была осуществлена также силикатизация просадочных лессовых грунтов, при которой роль второго реагента выполнял сам грунт.
В первый период разработка химических способов закрепления грунтов была основана на использовании неорганического полимера — силиката натрия. В дальнейшем разработка химических способов закрепления грунтов велась по пути создания гелеобразующих растворов, которые представляли собой смесь раствора силиката натрия небольшой плотности с отверждающими растворами кислот и солей. Малая вязкость растворов (1,5—3,0 мПа.с) позволила закреплять песчаные грунты с коэффициентом фильтрации от 0,2 до 2,0 м/сут, в которых двухрастворпый способ силикатизации неприменим. Использование для отверждения раствора силиката натрия газов (углекислого газа или аммиака) находится пока в стадии разработки.
В связи с развитием химии органических полимеров были проведены большие исследования по использованию выпускаемых химической промышленностью смол для закрепления грунтов. Наиболее доступной для применения оказалась мочевиноформальдегидная (карбамидная) смола. В качестве отвердителя использовали соляную и щавелевую кислоты. Однако некоторая токсичность, обусловленная выделением свободного формальдегида в момент разработки закрепленного массива, т. е. при проходке тоннеля или вскрытии котлована, ограничивала применение способа смолизации. В результате лабораторных исследований удалось значительно уменьшить выделение свободного формальдегида. Это несколько снизило прочность закрепления, но позволило применять смолизацию при проходке подземных выработок.
В разработку рецептур химических способов закрепления песков и лессов большой вклад внесли доктора техн. наук В. В. Аскалонов и В. Е. Соколович.
В области химического закрепления глинистых и илистых грунтов были проведены исследования с применением химических растворов и постоянного электрического тока. Изучение процессов электроосмоса в глинистых грунтах позволило разработать способ осушения котлованов в этих грунтах, что дает возможность закладывать фундаменты в них «насухо». Что касается улучшения строительных свойств грунтов путем воздействия на них постоянного электрического тока, то этот способ находит очень ограниченное применение в строительстве—главным образом для придания устойчивости склонам выемок.
Учитывая все возрастающую потребность в повышении прочностных свойств слабых глинистых и илистых грунтов, в лаборатории с 1975 г. ведутся разработки буросмесительного способа закрепления таких грунтов.
Применение разработанных химических способов в различных областях строительства показало, что они особенно эффективны для улучшения свойств грунтов под фундаментами существующих сооружений. Это в значительной степени объясняется тем, что превращение грунта под фундаментом в камень осуществляется, как правило, без нарушения эксплуатации здания.
Характеристика химических способов закрепления грунта
Существует несколько химических способов закрепления грунтов: цементация, глинизация, битумизация, силикатизация, смолизация, электрохимическое закрепление и буросмесительное для создания цементогрунта.
Цементация
Цементация грунтов как способ представляет собой заполнение пустот, трещин и крупных пор в крупнообломочных грунтах, образующим со временем твердый цементный или цементно-глинистый камень.
Для цементации можно использовать цементные, цементно-песчаные и цементно-глинистые растворы. В каждом отдельном случае необходимо выбирать как состав раствора, так и его водоцементное отношение (В/Ц), которое может изменяться от 1 до 0,4. Кроме того, инъекционные растворы должны обладать следующими характеристиками: подвижностью раствора по конусу АзНИИ 10—14 см, водоотделением в течение 2 ч 0-2 %, прочностью при сжатии после твердения в течение 28 сут 1—2 МПа. Исходная плотность таких растворов, как правило, составляет 1,60—1,85 г/см3. Все эти характеристики обусловливаются проектом.
Применение цементных растворов, как установлено практикой, не прекращало фильтрации полностью, что зависело от характера трещиноватости горных пород. Это объясняется повышенной крупностью помола цемента, который в настоящее время имеет размер частиц порядка 50 мкм, а это значит, что трещины размером 0,2 мм не будут зацементированы. Кроме того, водные растворы цемента не дают 100%-ного выхода камня, что также влечет за собой остаточную фильтрацию.
В отличие от цементации глинизация может применяться для заполнения карстовых пустот только в сухих породах, способных после нагнетания глинистого раствора впитывать из него воду. В связи с этим после заполнения пустот глинистый раствор должен находиться в течение нескольких суток под гидравлическим напором.
При глинизации применяют глинистый раствор плотностью 1,2—1,3 г/см3. В результате повышения давления (более 2 МПа) вода из глинистого раствора отжимается, обезвоженное глинистое тесто плотно заполняет пустоты и придаст породе водонепроницаемость.
Глинизация так же, как и цементация, может применяться только при небольших скоростях движения грунтовых вод во избежание уноса раствора из тампонируемой зоны, т. е. в гравелистых и трещиноватых грунтах, в которых коэффициент фильтрации находится в пределах от 50 до 5000 м/сут.
Битумизация
Способ горячей битумизации применяется в трещиноватой скальной и полускальной породах при большой скорости фильтрации. Он состоит в нагнетании через пробуренные скважины расплавленного битума, который, остывая в трещинах, сообщает породе водонепроницаемость. Так как битум не смешивается с водой, а при соприкосновении с ней образует пленку, плохо проводящую тепло, то при нагнетании он заполняет большие пустоты и каверны даже при наличии значительных скоростей движения грунтовых вод. Остывание битума в больших трещинах и пустотах происходит медленно из-за его слабой теплопроводности, и поэтому радиус распространения его значителен.
Отрицательным качеством горячей битумизации является то, что в течение последующего времени при наличии напора грунтовых вод наблюдается выдавливание битума из трещин; также из-за значительной вязкости даже расплавленный битум не может полностью заполнить трещины с раскрытием менее 1 мм, таким образом, радиус битумизации колеблется от 0,75 до 1,5 м, а водопроницаемость полностью не снимается.
Указанные выше явления привели к тому, что способ горячей битумизации стал применяться редко как в гидротехническом, так и в промышленном строительстве.
Для придания водонепроницаемости песчаным грунтам разработан способ холодной битумизации, т. е. нагнетания в песчаный грунт битумной эмульсии. Этот способ целесообразно применять тогда, когда требуется придать грунту только водонепроницаемость. Основным условием успешного применения этого способа является приготовление стабильных и однородных эмульсий. Опыты 'показывают, что частицы битумной эмульсии могут проникать в поры грунта, когда их диаметр в 25— 35 раз меньше среднего диаметра частиц грунта. Применение способа холодной битумизации в песках ограничивается коэффициентом фильтрации от 10 до 50 м/сут.
При наличии в настоящее время других способов, как например, силикатизации и смолизации, способ холодной битумизации не получает широкого применения, так как технология приготовления битумной эмульсии значительно сложнее технологии приготовления растворов при силикатизации и смолизации.
Силикатизация
В 1931 г. был разработан двухрастворный способ силикатизации, сущность которого состояла в том, что в песчаный грунт любой влажности через забитую металлическую перфорированную трубу (инъектор) поочередно нагнетались раствор силиката натрия (натриевое жидкое стекло) Na2OnSiO2 и раствор хлористого кальция CaCl2. В результате химической реакции между ними в порах грунта образуется гидрогель кремниевой кислоты, и грунт быстро и прочно закрепляется. Двухрастворный способ обеспечивает высокую прочность грунта (табл. 1) и практически его полную водонепроницаемость. Недостатками этого способа являются высокая стоимость и большая трудоемкость работ. Поэтому его преимущественно применяют при усилении оснований под сооружениями. Закрепленный грунт имеет кубиковую прочность 1,5…3,5 МПа. Прочность закрепленного грунта не снижается при воздействии на него агрессивных вод.