Химическое закріплення грунтов

смотреть на реферати схожі на «Хімічне закріплення грунтів «року міністерство освіти Російської Федерации.

Державне освітнє установа вищого професійного образования.

Сибірський державний індустріальний университет.

Кафедра інженерних конструкций.

Реферат.

з дисципліни «Підстави і фундаменты».

на задану тему «Хімічне закріплення грунтов».

|Выполнил: |Студент грн. ШПП — 992 | | |Бородіна О.С. | |Перевірив: |Кравцова І.А. |.

Новокузнецьк 2003.

Запровадження 3 Инъекторы 9 Вимоги, запропоновані по забивке инъекторов 11 Список літератури 13.

Що Закріплюються грунти повинні мати достатньої проницаемостью. Глинисті і суглинистые грунти через недостатню проникності не піддаються хімічному закріплення. Отже, добре фільтруючі грунти піддаються закріплення, впроваджуючи у тому пори в’яжучі матеріали. Спосіб закріплення вибирають залежно від грунтових умов району будівництва, і навіть виробничих можливостей його выполнения.

Хімічне закріплення грунтів почав розвиватися з 1931 р., коли Б. А. Ржаницыным розробили перший — двухрастворный спосіб силикатизации водонасыщенных пісків. По схемою двухрастворного способу було здійснено також силикатизация просадочных лесових грунтів, коли він роль другого реагенту виконував сам грунт.

У період розробка хімічних способів закріплення грунтів грунтувалася на використанні неорганічної полімеру — силікату натрію. Надалі розробка хімічних способів закріплення грунтів здійснювалася за шляху створення гелеобразующих розчинів, які становили собою суміш розчину силікату натрію невеличкий щільності з отверждающими розчинами кислот і солей. Мала в’язкість розчинів (1,5—3,0 мПа. с) дозволила закріплювати піщані грунти з коефіцієнтом фільтрації від 0,2 до 2,0 м/сут, у яких двухрастворпый спосіб силикатизации незастосовуваний. Використання для отверждения розчину силікату натрію газів (вуглекислого газу чи аміаку) поки що на стадії разработки.

У зв’язку з розвитком хімії органічних полімерів було проведено великі дослідження з використанню випущених хімічної промисловістю смол закріплення грунтів. Найдоступнішою для застосування виявилася мочевиноформальдегидная (карбамидная) смола. У ролі отвердителя використовували соляну і щавлеву кислоти. Проте деяка токсичність, обумовлена виділенням вільного формальдегіду в момент розробки закріпленого масиву, т. е. при проходці тунелю чи розтині котловану, обмежувала застосування способу смолизации. У результаті лабораторних досліджень вдалося значно зменшити виділення вільної формальдегіду. Це трохи знизило міцність закріплення, але дозволило застосовувати смолизацию при проходці підземних выработок.

У розробку рецептур хімічних способів закріплення пісків і лесів значний внесок внесли доктора техн. наук У. У. Аскалонов і У. Є. Соколович.

У сфері хімічного закріплення глинистих і мулистих грунтів були проведено дослідження із застосуванням хімічних розчинів та сталого електричного струму. Вивчення процесів электроосмоса в глинистих грунтах дозволило розробити спосіб осушення котлованів у тих грунтах, що дозволяє можливість закладати фундаменти у яких «насухо». Що ж до поліпшення будівельних властивостей грунтів шляхом на них постійного електричного струму, цей спосіб знаходить обмежене використання у строительстве—главным чином заради надання стійкості схилах выемок.

Враховуючи всі зростання потреба у підвищенні прочностных властивостей слабких глинистих і мулистих грунтів, до лабораторій з 1975 р. ведуться розробки буросмесительного способу закріплення таких грунтов.

Застосування розроблених хімічних способів у різноманітних галузях будівництва показало, що вони ефективні підвищення властивостей грунтів під фундаментами існуючих споруд. Це значної мірою пояснюється тим, що перетворення грунту під фундаментом в камінь здійснюється, зазвичай, без порушення експлуатації здания.

Характеристика хімічних способів закріплення грунта.

Є кілька хімічних способів закріплення грунтів: цементація, глинизация, битумизация, силикатизация, смолизация, електрохімічне закріплення і буросмесительное до створення цементогрунта.

Цементация.

Цементація грунтів як засіб є заповнення порожнин, тріщин і великих пір в великоуламкових грунтах, що створює згодом твердий цементний чи цементно-глинистый камень.

Для цементації можна використовувати цементні, цементно-песчаные і цементно-глинистые розчини. У кожному окремому випадку необхідно вибирати як склад розчину, і його водоцементное ставлення (В/Ц), що може змінюватися від 1 до 0,4. З іншого боку, ін'єкційні розчини повинні мати такими характеристиками: рухливістю розчину по конусу АзНИИ 10—14 див, водоотделением протягом 2 год 0−2%, міцністю при стисканні після тверднення протягом 28 сут 1—2 МПа. Вихідна щільність таких розчинів, зазвичай, становить 1,60—1,85 г/см3. Всі ці характеристики зумовлюються проектом.

Застосування цементних розчинів, як встановлено практикою, не припиняло фільтрації повністю, що чого залежало від характеру трещиноватости гірських порід. Це підвищеної значущістю помелу цементу, який нині має розмір частинок порядку 50 мкм, але це отже, що тріщини розміром 0,2 мм ні зацементированы. З іншого боку, водні розчини цементу не дають 100%-ного виходу каменю, що також тягне у себе залишкову фильтрацию.

На відміну від цементації глинизация може застосовуватися заповнення карстових порожнин лише у сухих породах, здатних після нагнітання глинистого розчину вбирати потім із нього воду. У зв’язку з цим після заповнення порожнин глинистий розчин має перебувати у протягом кількадобового під гідравлічною напором.

При глинизации застосовують глинистий розчин щільністю 1,2—1,3 г/см3. Через війну підвищення тиску (більш 2 МПа) воду з глинистого розчину віджимається, обезвоженное глинисте тісто щільно заповнює порожнечі й додасть породі водонепроницаемость.

Глинизация як і, як і цементація, може застосовуватися лише за невеликих швидкості грунтових вод щоб уникнути віднесення розчину з тампонируемой зони, т. е. в гравелистых і тріщинуватих грунтах, у яких коефіцієнт фільтрації у межах від 50 до 5000 м/сут.

Битумизация.

Спосіб гарячої битумизации застосовується у тріщинуватої скельній і полускальной породах за високої швидкості фільтрації. Вона складається в нагнітанні через пробурені свердловини розплавленого бітуму, який, вихолодаючи в тріщинах, повідомляє породі водонепроникність. Оскільки бітум не змішується із жовтою водою, а при поєднанні з ній утворює плівку, погано котра проводить тепло, то, при нагнітанні він заповнює великі порожнечі й каверни навіть за наявності значних швидкостей руху грунтових вод. Остигання бітуму у великих тріщинах і пустотах відбувається повільно за його слабкої теплопровідності, і тому радіус поширення значителен.

Негативною особливістю гарячої битумизации і те, що у протягом наступного часу за наявності напору грунтових вод спостерігається витискання бітуму з тріщин; також через значної в’язкості навіть розплавлений бітум неспроможна повністю заповнити тріщини з розкриттям менш 1 мм, в такий спосіб, радіус битумизации коштує від 0,75 до $ 1,5 м, а водопроникність не повністю снимается.

Зазначені вище явища призвели до того, що єдиний спосіб гарячої битумизации почали застосовувати рідко як і гидротехническом, і у промисловому строительстве.

Щоб надати водонепроникності піщаним грунтам розроблений засіб холодної битумизации, т. е. нагнітання в піщаний грунт бітумної емульсії. Такий спосіб доцільно застосовувати тоді, коли потрібно надати грунту лише водонепроникність. Основним умовою успішного застосування цієї способу є приготування стабільних і однорідних емульсій. Досліди «показують, що частки бітумної емульсії можуть проникати у пори грунту, якщо їх діаметр в 25— 35 разів менша середнього діаметра частинок грунту. Застосування способу холодної битумизации в пісках обмежується коефіцієнтом фільтрації від 10 до 50 м/сут.

За наявності час інших засобів, як, наприклад, силикатизации і смолизации, спосіб холодної битумизации не отримує широко він, оскільки технологія приготування бітумної емульсії виявляється значно складнішим технології виготовлення розчинів при силикатизации і смолизации.

Силикатизация.

У 1931 р. розробили двухрастворный спосіб силикатизации, сутність котрого полягало у цьому, що у піщаний грунт будь-який вологості через заповнену металеву перфоровану трубу (инъектор) по черзі нагніталися розчин силікату натрію (натриевое рідке скло) Na2OnSiO2 і розчин хлористого кальцію CaCl2. Через війну хімічної реакції між ними порах грунту утворюється гидрогель кремнієвої кислоти, і грунт швидко й остаточно закріплюється. Двухрастворный спосіб забезпечує високу міцність грунту (табл. 1) та практично його повну водонепроникність. Недоліками цього способу є високу вартість і велика трудомісткість робіт. Тому його переважно застосовують при посиленні підстав під спорудами. Закріплений грунт має кубиковую міцність 1,5…3,5 МПа. Міцність закріпленого грунту не знижується при вплив нею агресивних вод.

Таблиця 1 [pic].

Для закріплення малих акціонерів та пылеватых пісків з коефіцієнтом фільтрації від 0,0006 до 0,006 см/сек застосовують однорастворный спосіб. У грунт нагнітають гелеобразующий розчин з рідкого скла і фосфорної кислоти або з рідкого скла, сірчаної кислоти і сірчанокислого аммония.

Перша рецептура забезпечує швидше гелеобразование. Міцність закріпленого грунту (табл.1) значно нижчі від, аніж за двухрастворном способі. Такий спосіб застосовується переважно при устрої противофильтрационных завес.

Однорастворный спосіб силикатизации використовують й у закріплення лесових просадочных грунтів, мають коефіцієнт фільтрації від 0,0001 до 0,0023 см/сек. Причому у грунт нагнітають розчин одного рідкого скла. Гелеобразование відбувається поза рахунок реакції розчину рідкого скла з водорозчинними солями грунту та його обмінним комплексом. Роль другого розчину виконує сам грунт. Міцність закріпленого грунту приведено в табл. 1.

Не рекомендується застосовувати силикатизацию закріплення грунтів, просякнутих нафтовими продуктами, смолами і мастилами, за наявності грунтових вод, мають рН >9 при двухрастворном способі, у разі рН>7,2 при однорастворном способі силикатизации малих акціонерів та пылеватых пісків. Недоцільно піддавати силикатизации грунти, коли швидкість грунтових вод перевищує 0,006 см/сек.

Смолизация.

Смоли, які можна використовуватимуться закріплення грунтів, повинні мати невисокою в’язкістю і полимеризоваться в порах грунту при температурі від 4 до 10 °З. До таких смолам ставляться: мочевиноформальдегидные (карбамидные), які утворюються внаслідок поліконденсації сечовини і формальдегіду; фенольные, які утворюються внаслідок поліконденсації фенолів і альдегідів; фурановые, які утворюються при конденсації фурфуролу і фурилового спирту; акриловые—производные акрилової кислоти; эпоксидные, отримувані при конденсації эпихлоргидрина (чи дихлоргидрина) з полиаминами, фенолами, полиспиртами та інші соединениями.

Самій прийнятною закріплення грунтів за всім критеріям є мочевиноформальдегидная (карбамидная) смола з різними отвердителями. Ця смола легко розчиняється у питній воді, має малу в’язкість, отверждается при невисокою температурі, а найголовніше випускається вітчизняної промисловістю як клеїв у великому масштабі і в ціні цілком доступна. Для використання при закріпленні грунтов.

Сутність способу полягає у нагнітанні у ґрунт гелеобразующего розчину, що складається з розчину смоли і отвердителя як соляної чи щавлевої кислоти. Спосіб забезпечує міцне закріплення, надає грунтам водонепроникність. З іншого боку, спосіб дозволяє закріплювати карбонатні грунти. При підвищеному вмісті карбонатів (до 3%) проводиться попередня обробка грунту розчином кислоти обсягом, рівному обсягу гелеобразующего раствора.

Електрохімічне закріплення грунтов.

Як встановлено дослідженнями, при электрохимическом закріпленні грунту відбуваються три процесса:

1) электроосмос, у результаті якого грунт значно обезвоживается і ущільнюється; 2) реакція обміну, коли він зайняті натрии і кальцій заміщуються воднем і алюмінієм; 3) структурообразование, що є результатом освіти алюмогеля.

Для закріплення слабких малопроницаемых грунтів, представлених дрібними пісками, суглинками і супесями, розроблений засіб комбінованого застосування електричного струму і хімічних розчинів, вводяться у грунт під тиском в останній момент накладення нею постійного електричного струму. Зазвичай розчини вводять у грунт через перфоровані електроди чи через забиваемые инъекторы. Поширення розчинів у ґрунті у разі обумовлюється рухом води від анода до катоду. Крім закріплення грунту і надання йому водоустойчивости електрохімічний спосіб підвищило б його механічну міцність. У цьому велике значення має тут правильне поєднання режимів подачі розчинів у ґрунт і пуску електричного струму, які мають призначатися відповідно до фізико-механічними властивостями грунта.

Важливе значення під час використання постійного електричного струму має явище электроосмоса. Завдяки йому ми можна розгідрат значні масиви малопроницаемых грунтів при проходці траншей і розтині котлованов.

Технологія і виробництво работ.

Для проведення робіт з хімічному закріплення грунтів застосовують таке устаткування: инъекторы, установки для буріння свердловин, навіщо можна використовувати будь-які верстати й устаткування, що дозволяє проходити свердловини діаметром 60—127 мм на глибину 15—25 м; пневматичні молотки і бетоноломы для забивання инъекторов; насоси чи пневматичні установки для нагнітання розчинів, тампонирующие устрою; компресор подачею щонайменше 1 м3/мин із забезпеченням тиску 5—6 атм; силикато-разварочные установки для разварки силикат-глыбы; для газової силикатизации балони з вуглекислим газом; шланги; з'єднувальні частини; крани; контрольно-вимірювальна апаратура (манометри, термометри, ареометры); ємності на приготування і зберігання розчинів; гідравлічні домкрати вантажністю 5—10 т чи артикулюється верстат для вилучення инъекторов з закріпленого грунта.

Існує схема, характеризує весь технологічний процес робіт з хімічної закріплення грунтів однорастворным і двухрастворным способами силикатизации, і навіть способом смолизации, яка приведено на рис. 1.

Технологічний процес й устаткування кілька змінюється в залежність від застосовуваного способу. При двухрастворной силикатизации по наведеної схемою організації робіт шлях, що відбувається силікат натрію, починається з доставленої «скільки завгодно» з заводів силикат-глыбы, развариваемой дома в автоклавах.

Після автоклавів розчин силікату натрію нагрівають зниження в’язкості до 60 °C чи до передбаченої проектом температури. З запасних чанів, пройшовши насоси і далі пульт, де регулюються витрата пального й тиск нагнетаемого розчину, силікат натрію закачується системою инъекторов у ґрунт. [pic].

Рис. 1. Схема механізації робіт, за закріпленні грунтов.

1 — забивання инъектора электрокором; 2 — те, пневмомолотом; 3 — пультовые розподільники реактиву; 4 — насосна; 5 — силикаторазварочный вузол; 6 — котельня; 7 — компресорна; 8 — ємності для розчинів CaCl2.

Шлях розчину хлористого кальцію аналогічний шляху розчину силікату натрия.

З схеми ясно, що з розчинів має насосне обладнання та свою регулюючу мережу, але і той ж инъектор. У цьому вся разі перед нагнітанням хлористого кальцію необхідно прокачати через инъектор невелику порцію води, що у значною мірою охоронить инъектор в освіті у ньому кремнегеля.

Поруч із устаткуванням для забивання инъекторов, верстатами для буріння свердловин, насосным обладнанням і розвідній мережею, постаченої манометрами, витратомірами тощо., майданчик, де його випущено закріплення грунтів, повинна мати електроенергією, водою і «стиснутим воздухом.

Нарешті, виробництво робіт з хімічному закріплення грунтів має бути забезпечене постійним контролювати якістю застосовуваних розчинів і закріпленого грунта.

Инъекторы.

Конструкція инъектора і механізму щодо його занурення у ґрунт залежить від характеру і що підлягає закріплення грунту (рис. 2).

[pic]Рис. 2. Схеми забивання і задавливания инъекторов.

При закріпленні грунту на глибину до 20 м застосовують инъектор, що з наголовника, колон глухих ланок труб, перфорованого ланки, наконечника і сполучних частей-ниппелей. Забивку инъектора на глибину до 20 метрів за піщані і лесові грунти можна проводити відбійними молотками (рис. 2, а).

Закріплення грунтів на глибину до 30 м вимагає застосування більш міцного инъектора, зробленого з цельнотянутых труб діаметром 58—62 мм. Перфорированная частина такого инъектора має довжину 1,5—2,0 м, а отвори щоб уникнути їх засмічення закриті гумовими кільцями. Занурення таких инъекторов здійснюється потужнішим устаткуванням (рис. 2, б).

Забивку инъекторов виконують із поверхні землі, що з підземних виробок. Для забивання инъекторов застосовують переважно механізми, обладнані пневмоударниками чи пневматичними молотками типу перфораторов. Наприклад, використовують бурильный верстат з пкевмоударником СБУ-100 чи НКР-ЮОМ, змонтований на ходовий візку СБУ-2 чи КБУ-50, а й різні досвідчені установки типу портативних пересувних копровых установок.

Для вилучення инъекторов крім зазначених вище установок можна використовувати гідравлічні спарені домкрати вантажністю до 10 т.

При силикатизации просадочных лесових грунтів з вологістю 16—20% ін'єкцію силікатного розчину щільністю 1,13—1,20 г/см3 можна проводити з допомогою забивання инъекторов (рис. 2, в) чи через стінки пробурених свердловин (рис. 2, р). І тому бурильним верстатом ЦГБ-50 проходять свердловину глибиною, рівної довжині першої заходки. Довжина заходки в існуючої практиці становить 2—3 м. Потім у верхньої зоні заходки встановлюють надувною тампон, з якого по шлангу від насоса розчин нагнітають в грунт. Потім тампон виймають із свердловини і виробляють її буріння на довжину наступній заходки. Так повторюють протягом усього глибину закріплення просадочного лесса.

При хімічному закріпленні піщаних грунтів на глибині 50—150 м, як то було за створенні противофильтрационной завіси під аркушами Висотної Асуанской греблі, нагнітання хімічних розчинів здійснюють через манжетные инъекторы, опускаемые в пробуренную під захистом глинистого розчину свердловину діаметром 120—150 мм. Свердловину пробуривают протягом усього глибину закрепляемой зони, потім у свердловину, заповнену глинистим розчином (завдяки чому стінки її вимагають кріплення), занурюють инъектор з гумовими манжетами, закриваючими його отвори. Після цього через нижню манжету із застосуванням тампона нагнітають цементно-глинистый розчин, який заповнює зазор між инъектором і стінкою свердловини. Цей •варіант дозволяє надалі нагнітати що закріплює розчин у будь-якій зоні инъектора (рис. 2, буд). Манжетный инъектор можна використовувати для закріплення грунту під існуючими будинками шляхом задавливания його з спеціально підготовленої траншеї (рис. 2, е).

Отже, застосування инъекторов різної конструкції дозволяє нагнітати хімічні розчини на необхідну глубину.

Вимоги, запропоновані по забивке инъекторов.

До робіт по забивке инъекторов пред’являють такі требования:

1) инъектор може бути забитий виключно за зазначеному у проекті напрямку і з точністю кута нахилу 2—3°;

2) забивання мусить бути зроблена на задану глибину в можливо короткий срок;

3) при забивке устаткування нс має піддаватися сильному износу.

Перелічені вимоги пред’являють, своєю чергою, серйозні вимоги до механізмам та обладнання, застосовуваному цих работах.

Виробляти забивку инъекторов в вертикальному і похилому напрямах, і навіть видобувати їх із грунту можна з допомогою портативної копровий установки з перфоратором КЦМ-4. Воно складається з зварної рами, трубчастих направляють, якими переміщається перфоратор, і ручний лебедки.

1. Соколович В.Є. Хімічне закріплення грунтів. — М.:

Стройиздат, 1980.-119 з., ил.

2. Ржаницын Б. А. Хімічне закріплення грунтів у будівництві. -.

М.: Стройиздат, 1986.-264 з.: мул. — (Надійність і качество).