СПОСОБЫ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТА

В строительстве закрепление основания является распространенным методом обработки грунта. В том числе, необходимость применения инъекций для закрепления грунтов возникает в случае аварийного состояния здания, причиной которому является потеря несущей способности грунтов основания. Закрепление грунтов оснований достигается путем повышения физико-механических свойств грунтов, при этом изменение положения частиц исключено, в отличие от метода уплотнения, в котором частицы сближаясь, друг к другу в результате повышают несущую способность. Повышение физико-механических свойств грунтов методом закрепления осуществляется с помощью применения вяжущих материалов или других приемов. Обобщая сказанное, получаем, что закрепление грунтов – это уменьшение сжимаемости и водонепроницаемости, увеличение прочностных характеристик и устойчивости в результате сцепления твердых частиц путем применения вяжущих материалов.

Изменение свойств грунтов можно достичь двумя способами: поверхностное и глубинное. Поверхностное закрепление выполняется на глубину около 1м. Этот способ включает в себя предварительное разрыхление грунта,  перемешивание с вяжущими материалами (цемент, известь или др.), после этого грунт уплотняется. Особенностью глубинного закрепления является то, что грунт остается без нарушения его естественного сложения, это достигается путем инъекции, термообработки или замораживания, с использованием предварительно пробуренных скважин, шпуров или забиваемых инъекторов.

Повысить несущую способность можно, применив способы искусственного закрепления:

•  химический;
•  термический;
•  искусственное замораживание.

Химическое закрепление грунтов инъекцией в настоящее время осуществляется способами силикатизации, смолизации и цементации.  Наиболее распространенная — это цементация. 

Цементация наиболее подходит для грунтов с большой водопроницаемостью, например для гравия, гальки, крупных и рыхлых песков, трещиповатых скальных пород. Инъектор представляет собой трубу с диаметром 19-39 мм с коническим наконечником, в который под давлением подают раствор. Давление, с которым подается цементный раствор достигает величины в 0,1МПа. В зависимости от размеров трещин и пористости используется суспензия с отношением цемента к воде от 1:1 до 1:10, возможно применение добавок в раствор. Инъектор при этом забивают в грунт, либо погружают в специальную скважину, которую предварительно пробурили. Радиус закрепления составляет 0,3-1,5 м, минимальный радиус принадлежит пескам средней крупности, максимальный достигается в скальных грунтах. Однако, к недостаткам этого способа относят его неприменимость к высокопористым грунтам. Поры в грунте должны быть в 4-5 раз больше размеров частиц цементного раствора.

Силикатизация подходит для закрепления песков средней крупности, мелких и пылеватых. Она заключается в нагнетании в грунт химических растворов – силиката натрия и хлористого кальция. В результате реакции, образуется гель кремниевой кислоты, который обеспечивает грунту высокую прочность и водонепроницаемость. Так же, можно использовать однорастворный метод силикатизации, при котором используется раствор жидкого стекла и фосфорной кислоты, реакция между ними протекает медленно (4-10ч),это позволяет получить требуемое время на производство работ. Радиус закрепления 0,3-1 м.

• применяется для закрепления мелких песков. Способ осуществляется применением синтетических смол, которые получаются различными химическими технологями. Выполняется путем нагнетания через инъекторы в грунт смеси растворов карбамидной смолы и соляной кислоты.

Термический метод применяется в основном к маловлажным просадочным  глинистым грунтам. Этот метод предусматривает  увеличение прочности структурных связей под воздействием высоких температур 300-400⁰С (спекание). Высокие температуры получают с помощью сжигания горючих материалов, солярного масла, мазута или природного газа в предварительно пробуренных скважинах (диаметром до 200 мм и глубиной 6-15 м). Обработка способна повысить прочность грунта на одноосное сжатие до 100 кг/см². Однако, стоимость этого метода достаточно высока по сравнению с другими методами при диаметре закрепляемого грунта 1,5-3 м.

Искусственное замораживание грунтов - это универсальный и надежный методом временного закрепления слабых водонасыщенных грунтов. Через систему замораживающих скважин, которые расположенны по периметру и в теле будущей выработки, пропускается хладоноситель с отрицательной температурой, который, отнимая от прилегающего грунта тепло, превращает его в мерзлый массив, обладающий полной водонепроницаемостью и высокой прочностью (рис.1).

Рисунок 1. Искусственное замораживание грунтов

В зависимости от вида хладоносителя различаются два способа замораживания: рассольный и сжиженным газом. В первом случае рассол-хладоноситель представляет собой высококонцентрированный раствор хлористого кальция или натрия, предварительно охлажденный в испарителе холодильной машины до температуры минус 25⁰С. В качестве хладагента в холодильных машинах используются аммиак, фреон или жидкий азот. Во втором случае в качестве хладоносителя сжиженных газов используется главным образом жидкий азот, имеющий температуру испарения -196⁰С.

Подводя итоги нужно отметить, что использование технологий закрепления грунта помогает сделать выбранный участок земли более пригодным для возведения зданий и сооружений за счет улучшений свойств грунта, что в свою очередь позволит осваивать больше территорий под строительство. Также закрепления грунта могут быть полезными при возведения зданий и сооружений на сваях в грунтах со слабой несущей способностью, так как повысив несущую способность грунта, можно использовать сваи меньшей длинны, тем самым позволив сэкономить на устройстве фундамента.

Список литературы:

1. Подземный эксперт. Информационный портал о подземном строительстве:  [Электронный ресурс] – Режим доступа –  URL: http://undergroundexpert.info/issledovaniya-i-tehnologii/tehnologii/metody-zakrepleniya-gruntov/ (дата обращения 28.12.17)
2. Развитие инъекционного закрепления как одного из основных методов технической мелиорации грунтов / В.И. Сергеев, Т.Г. Шимко, М.Л. Кулешова, Н.Ю. Степанова // Инженерная геология. 2012. № 4. С. 6—13.