11.8. Способы искусственного закрепления и замораживания грунтов

Закрепление грунтов производится в целях повышения их проч­ности и устойчивости или придания им водонепроницаемости. Для

314

этого используют способы цементации, глинизации, битумизации, силикатизации, смолизации и термического закрепления. В сложных

Рис. 11.10. Передвижные установки вакуумного водопонижения:

а — схема водопонижения с помощью установки ПУВВ-1М; б — то же, установ­ки ПУВВ-ЗД; в — установка ПУВВ-4; 1 — водосборный коллектор; 2 — соедини­тельный рукав; 3 •— водоструйный насос; 4 — рукава; 5 — передвижной насос­ный агрегат; 6 — кривая депрессии; 7 — иглофильтры; 8 — сбросной рукав; 9 — приводная станция; 10 — опоры; 11 •— распределительная камера; 12 — датчик Уровня; 13 — вакуумная камера; 14 — агрегат водоструйного насоса; 15 — цен­тробежный насос; 16 — двигатель внутреннего сгорания; 17— ходовая часть; 18 — клапан

315

гидрогеологических условиях применяют искусственное заморажи­вание грунтов.

Цементацию, глинизацию, битумизацию трещиноватых скальных, а также песчаных и гравелистых грунтов производят путем нагнета­ния в них заполняющих (тампонажных) растворов через инъекторы, установленные в пробуренных скважинах.

Для цементации применяют специальные составы цементных, цементно-песчаных или цементно-глинистых тампонажных раство­ров с использованием портландцемента марки не ниже 300, а для гли­низации - глиносиликатные и бентонито-силикатные растворы. Нагнетают цементизированные и глинистые растворы под давлением до 10 МПа специальными насосами, а при давлении до 1,5 МПа-диафрагмовыми насосами.

Растворы в закрепляемые грунты нагнетают гидравлическими или пневматическим способами с использованием при первом из них насосов высокого давления, а при втором - компрессоров (нагнетание сжатым воздухом). Однако на практике чаще приме­няют гидравлический способ с нагнетанием раствора по циркуля­ционной и нажимной (бесциркуляционной) схемам. При цирку­ляционной схеме (рис. 11.11, а) раствор в скважину подают под давлением, часть которого поглощается трещинами, а избыток его возвращается из скважины в растворосмеситель. При нажим­ной схеме раствор в скважину попадает по мере его поглощения трещинами.

Битумизацию грунтов с нагнетанием горячего битума производят насосами в пробуренные скважины с помощью установленных в них инъекторов, обеспечивающих подогрев битума в стволе скважины. Битум нагнетают с постепенным увеличением давления, обычно в несколько циклов, с перерывами для остывания битума.

Силикатизацию и смолизацию грунтов производят путем нагнета­ния через систему инъекторов водных растворов силиката натрия или смолы с отвердителем.

Глубина нагнетания растворов зависит от способа погружения инъекторов, характера и степени однородности грунта. При силика­тизации и смолизации песчаных грунтов растворы нагнетают вначале в первый ряд инъекторов, затем во второй и т.д., а в рядах нагнета­ние производят через один инъектор. При двухрастворной силикати­зации жидкое стекло и раствор хлористого кальция нагнетают сначала в нечетные ряды инъекторов, а затем и четные. Каждый раствор на­гнетают отдельным насосом; смешение их в баках, шлангах, насосах и инъекторах не допускается. Инъекторы после окончания работ

316

извлекают из грунта гидравлическим домкратом или винтовым шар­нирным станком.

Термическое закрепление грунтов осуществляют путем нагнетания в пробуренные скважины высокотемпературных газов. Способ при­меняют для упрочнения маловлажных просадочных грунтов. Макси­мальная температура в скважине не должна превышать 900— 1000°С. При образовании трещин в грунте их заделывают местным грунтом с плотным утрамбовыванием.

Искусственное замораживание грунтов заключается в создании ис­кусственного прочного и водонепроницаемого ограждения в плане любой формы из замороженного грунта, препятствующего проник­новению грунтовой воды или водонасыщенных неустойчивых грун­тов в котлован при производстве строительных работ. Для заморажи­вания грунтов по периметру котлована через толщу водоносных грунтов бурят скважины с заглублением на 2-3 м в водоупорный слой, а затем в скважины опускают замораживающие трубы (колонки), нижний конец которых герметически заварен в виде конуса. В колонку опускают трубы меньшего диаметра (питающие) с открытым нижним концом, не доходящим до дна на 40-50 см. Питающие трубы коло­нок подключают к специальным трубам - рассолопроводам, соеди­ненным с замораживающей (холодильной) станцией. По трубам и колонкам циркулирует раствор хлористого кальция (рассол), облада­ющий способностью оставаться в жидком состоянии при отрицатель­ных температурах (рис. 11.11, г). На замораживающей станции рас­сол охлаждают и насосом нагнетают в распределитель, откуда он рав­номерно распределяется по питающим трубам колонок. Достигнув дна колонки, рассол под давлением поднимается вверх по зазору между питающей трубой и замораживающей колонкой. При этом происходит теплообмен, т.е. рассол отнимает тепло у грунта, окру­жающего колонку, понижает его температуру и постепенно его замо­раживает. Затем рассол снова поступает в коллектор и на заморажи­вающую станцию для нового охлаждения, и цикл повторяется. В ре­зультате вокруг каждой колонки образуется массив замороженного грунта в виде цилиндра, объем которых в процессе дальнейшего за­мораживания увеличивается, и они, смерзаясь, образуют сплошной и замкнутый массив замороженного грунта вокруг котлована. Чтобы он не размораживался, холодильная станция должна работать в тече­ние всего периода строительства.

В качестве хладагента в холодильных станциях используют в ос­новном аммиак, редко фреон или жидкий азот. Толщину стен и объем ледогрунтового ограждения, а также мощность холодильной

317

318

установки (станции) определяют статическими и теплотехнически­ми расчетами. Расстояние между замораживающими колонками по периметру котлована принимают при однорядном их расположении 1—1,5 м, а между рядами (при многорядном расположении) - 2—3 м.