Принципы проектирования и строительства в просадочных грунтах - Инъекционное закрепление грунтов

8. Инъекционное закрепление грунтов способами силикатизации и смолизации.

Силикатизация применяется для повышения несущей способности просадочных грунтов и устройства фундаментов из закрепленного грунта. Этот метод может применяться в песчаных грунтах с коэффициентом фильтрации 0,5 … 80 м/сут и в лессовых просадочных грунтах с коэффициентом фильтрации 0,2 … 2 м/сут.

Способ силикатизации заключается в помещении в грунт силиката натрия и хлористого кальция или ортофосфорной кислоты (двухрастворная силикатизация) или только силиката натрия (однорастворная силикатизация). Эти растворы реагируют между собой или с содержащимися в грунте солями и образуют гель кремниевой кислоты. Основная реакция взаимодействия раствора силиката натрия с хлористым кальцием происходит по схеме (Б. А. Ржаницын, 1935)

Na₂nSiO₂ + CaCl₂ + mH₂O = n SiO₂ (m – 1) H2O + Ca(OH)₂ + 2NaCl.

При двухрастворной силикатизации вначале нагнетают раствор жидкого стекла плотностью 1,2 … 1,26 г/см3 сверху вниз из расчета 140 … 180 л/м3, а затем раствор хлористого кальция плотностью 1,07 … 1,09 г/см3 в том же количестве заходками снизу вверх. Постоянный электрический ток пропускают во время заливки растворов и в течение нескольких суток в зависимости от проницаемости грунта. Расход электроэнергии составляет 20 … 30 кВт ⋅ ч/м3, катодами служат трубы или стальные стержни. Погружение электродов осуществляют отбойными молотками, а извлечение домкратами.

Для закрепления песков гравелистых, крупных и средней крупности с коэффициентом фильтрации kф = 5 … 80 м/сут используют двухрастворную силикатизацию на основе силиката натрия и хлористого кальция, для закрепления песков средней крупности, мелких и пылеватых с kф = 0,5 … 20 м/сут используют однорастворную силикатизацию на основе силиката натрия и кремнефтористоводородной кислоты или ортофосфорной кислоты. Радиус закрепления 0,3 … 0,6 м. Прочность закрепленных песков 2 … 4 МПа.

В просадочных грунтах с k_ф = 0,5 … 2 м/сут используется силикатизация на основе силиката натрия. Преимуществами этого способа является мгновенный процесс закрепления и быстрое нарастание прочности во времени. При действии раствора силиката натрия на лессовые грунты происходит мгновенная обменная реакция между катионом кальция коллоидного поглощаемого компонента лессовых грунтов и катионом натрия силикатного раствора [77]. В результате реакции образуется микрослой цементирующих известковисто-кремнеземистых новообразований и происходит прочное закрепление лессовыхгрунтов.

В песках всех видов при k_ф = 0,5 … 50 м/сут используется смолизация на основе карбамидных смол и соляной кислоты.

Смолизация грунтов осуществляется путем нагнетания в грунт водных растворов или смесей из синтетических смол с отвердителем. Плотность раствора зависит от коэффициента фильтрации. Преимуществом смолизации перед однорастворнойсиликатизацией является возможность более прочного закрепления грунтов.

При создании закрепленного массива инъекторы располагаются рядами в шахматном порядке.

При закреплении лессовых грунтов силикатизацией применяются следующие конструктивные схемы:

1) сплошных массивов из закрепленного грунта под отдельные фундаменты или под все сооружение в целом, по этой схеме предусматривается вынос закрепления за контуры фундамента;

2) армирование грунтов основания в деформируемой зоне отдельными элементами из закрепленного грунта, при котором непосредствен- но под подошвой фундамента остаются участки незакрепленного грунта;

3) комбинированная схема, предусматривающая сплошное закрепление на некоторую глубину непосредственно под подошвой и армирование элементами из закрепленного грунта нижележащей просадочной толщи.

Порядок расчета химически закрепленных оснований

1. Определение вида закрепления (одно – двухрастворная силикатизация, смолизация), радиуса закрепления, прочности закрепленного грунта.

2. Определение размеров закрепленного массива и количества инъектируемого раствора. Глубина закрепления для грунтов II типа по просадочности – на всю просадочную толщу, для I типа – на верхнюю часть (в пределах hsl,p).

3. Определение размеров подошвы фундамента по нормативным значениям характеристик закрепленного грунта и в зависимости от схемы закрепления, проверка давления под подошвой.

4. Расчет осадки.