Теоретичний матеріал до теми 3.

2. Способи штучного закріплення ґрунтів

Досить часто доводиться зводити споруди на слабких, рихлих і насипних ґрунтах. У цих випадках ґрунт у природному стані має нормативний опір менше від фактичного. Тому перш ніж зводити споруду на таких ґрунтах, необхідно підвищити їх міцність та стійкість, що досягається створенням штучних основ. Існують різні способи штучного закріплення ґрунтів, залежно від їх фізико-механічних властивостей.

Влаштування піщаних подушок (рис. 2.1 а). Слабі ґрунти під підошвою фундаменту можна замінити розподільною піщаною подушкою. Подушки застосовуються для зниження глибини закладання фундаментів, зменшення загальної величини їх осідання, підвищення міцності основи. Матеріалом для них є чисті крупні, середньої крупності й дрібні піски без наявності в них глинистих фракцій та органічних домішок, мерзлих включень.

Утрамбовані в ґрунт щебінь або гравій. Для ущільнення слабких водонасиченних ґрунтових основ разом з трамбуванням їх на рівні підошви фундаменту можна застосовувати утрамбування щебеню, каміння, гравію тощо. Для цього на верхній шар ґрунту основи насипають шар щебеню висотою до 30 см, який ударами трамбівки ущільнюють до тих пір, поки у проміжках між щебенем не з’явиться м’який ґрунт. Після чого на втрамбований щебінь насипають ще шар і також трамбують. Підсипку щебеню та трамбування повторюють до тих пір, поки удари трамбівки не перестануть давати осадку у верхньому шарі ґрунту. Зазвичай щебінь утрамбовують на глибину 30 - 60 см ⁴.

Фізико-хімічні методи закріплення ґрунтів (рис. 2.1 б) основані на нагнітанні по перфорованих трубах у ґрунт відповідних розчинів, під час твердіння яких ґрунт кам'яніє і має значно більшу несучу здатність. До основних методів штучного закріплення основ відносять: силікатизацію, смолізацію, цементизацію, електрохімічне закріплення, термічну обробку, бітумізацію та глинізацію.

Силікатизація – нагнітання в ґрунт розчинів, які в своєму складі містять силікат натрію (рідке скло). Використовуються для пилуватих та дрібних пісків і лесових ґрунтів.

Силікатизація полягає в закачуванні в ґрунт через ін’єктори рідкого розчину силікату натрію з добавками коагуляторів. Глибина закріплення залежить від ґрунтових умов й особливостей будівель.

Смолізація – нагнітання в ґрунт карбамідної смоли із соляною або щавлевою кислотою, використовується для закріплення піщаного ґрунту різної крупнисті. Деякою перевагою смолізації перед силікатизацією є можливість досягнення більшої міцності закріпленого масиву. Залежно від коефіцієнта фільтрації ґрунту радіус закріплення під час смолізації коливається від 0,3 до 1 м.

Цементація – нагнітання в ґрунт суміші цементу, води та добавок у вигляді дрібного піску, кам’яного борошна і т.п. Застосовують для ґрунтів, які мають велику водопроникність. Для цементації використовують розчинонасоси. Радіус закріплення визначають дослідом.

Електрохімічне закріплення ґрунту. Використовуючи явище електроосмосу, через перфорований анод вводять у ґрунт хімічні речовини, такі, як розчин силікату натрію і хлористого кальцію. Введення цих хімічних речовин дозволяє закріпити пилуваті піски, супіски та легкі суглинки.

Термічна обробка ґрунту. Застосовують у товщах лесових ґрунтів ІІ типу просідання. Суть термічного закріплення ґрунту полягає в спалюванні рідкого, твердого або газоподібного палива, яке через форсунку під тиском подають у заздалегідь пробурені свердловини (рис. 2.1 в).

Одночасно в свердловину за допомогою компресора через трубу подають повітря, щоб забезпечити горіння факела. Після підвищення температури в свердловині до 400°С починається активне випалювання лесового ґрунту по її стінках. У кінці процесу створюється стовп випаленого ґрунту діаметром 1,5...3 м.

Бітумізація та глинізація. Цей метод використовують для зменшення водопроникливості ґрунтів. Бітумізацію застосовують для зменшення водопроникливості тріщинуватої скальної породи. При цьому в свердловини нагнітають розплавлений бітум або бітумну емульсію з коагулянтом. Бітум заповнює порожнини та тріщини в ґрунті, фільтрація води припиняється або сильно знижується.

Глинізацію застосовують для зменшення водопроникливості пісків. Нагнітання глинистої суспензії в порівняно тонкі пори піску призводить до випадіння глинястих часток – до замулювання пісків.

Рис. 2.1. Види штучних основ: а – влаштування гравійних або піщаних подушок; б – фізико-хімічне закріплення ґрунту; в – термохімічне; 1 – шар піску, гравію; 2 – перфорувальні труби для нагнітання закріплюючих розчинів; 3 – масив ґрунту, що закріплюється; 4 – ґрунти, що осідають; 5 – ґрунтовий стовп; 6 – свердловина для спалювання горючих продуктів