Способ стабилизации плывучей глины или соленой глинистой почвы

 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для упрочнения плывучей глины или соленой глинистой почвы путем нагнетания вяжущего материала в грунт. Целью изобретения является повышение эффективности стабилизации за счет диффузии вяжущего материала в ненарушенный окружающий грунт. Стабилизация плывучей глины или соленой глинистой почвы заключается в формировании скважин и заполнении их смесью грунта с вяжущим материалом - сухим основным хлоридом алюминия общей формулы AL(OH)<SB POS="POST">N</SB>CL<SB POS="POST">3-N</SB>, где N=2-2,7, в количестве 2,5-20 г на 100 г влажной глины или соленой глинистой почвы. Предпочтительно вяжущий материал используют в смеси с реагентом, выбранным из группы, включающей хлорид, нитрат и сульфат калия или аммония, в количестве 1-10 г на 100 г влажной глины или соленой глинистой почвы. Наилучшим реагентом является хлорид калия. 2 з.п. ф-лы, 14 ил., 8 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (Д1) E 02 Р 3/12 с

1:9 1

1 г А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 3460500/23-63 (22) 07.07.82 (31) ".81751; 281752 (32) 09.07.8 1 (33) 0 (46) 15.05.90. Бюл. 4" 18 (71) Чеврон Рисерч Компани (US) (72) Марион Г. Рид, Тор Локен..(US) и Одд Брин (NO) (53) 624.138.23(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР и 69011/, кл. Е 02 D 3/12, 1978. (54) СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ПЛЫВУЧЕЙ

ГЛИНЫ ИЛИ СОЛЕНОЙ ГЛИНИСТОЙ ПОЧВЫ (57) Изобретение относится к строительству и может быть использовано для упрочнения плывучей глины или соленой глинистой почвы путем нагнетания вяжущего материала в грунт. ЦеИзобретение относится к строительству и может быть использовано для упрочнения плывучей глины или соленой глинистой почвы путем нагнетания вяжущего материала в грунт.

Целью изобретения является повышение эффективности стабилизации за счет диффузии вяжущего материала в ненарушенный окружающий грунт.

На фиг. 1 изображен разрез глиносодержащей формации почвы, схематически показывающий предпочтительное ис" пользование устройства для смешивания сухой смеси химикалий с глиной для образования в формации укрепляющей буронабивной сваи.

2 лью изобретения является повышение эффективности стабилизации за счет диффузии вяжущего материала в ненарушенный окружающий грунт. Стабилизация плывучей глины или соленой глинистой почвы заключается в формировании скважин и заполнении их смесью грунта с вяжущим материалом — сухим основным хлоридом алюминия общей формулы Al(OH)q Clq „, где n = 2-2,7, в количестве 2,5-20 г на 100 г влажной глины или соленой глинистой почвы.

Предпочтительно вяжущий материал используют в смеси с реагентом, выбранным из группы, включающей хлорид, нитрат и сульфат калия или аммония, в количестве 1-10 r на 100 r влажной глины или соленой глинистой почвы.

Наилучшим реагентом является хлорид калия. 2 з.п. Ф-лы, 14 ил., 8 табл.

На фиг. 1 обозначены: 1 - глинис- ф, тая порода; 2 - шнекоподобный бур, (, Д выбирающий в глине скважину 3, иэ ко- фф торой будет образована буронаби вная gq свая. Бур 2 имеет режущую головку 4 и полую буровую штангу 5. Предусмотрены также средства (не показаны) для вращения бура 2 и подачи химикалий вдоль и вниз буровой штанги 5 с целью смешивания их с глинистой почвой в скважине 3. (,ф

На фиг. 2 представлена режущая головка 4.

Режущая головка представляет собой криволинейный режущий элемент 6, смешивающий при вращении глинистую поч1565351 ву. В нижнем конце буровой штанги 5 выполнены отверстия 7 для подачи сухих химикалий. Последние смешиваются с влажной глиной и вступают в реакцию. Смешивание может происходить

5 также во время движения буровой штанги 5 вниз или вверх, когда ее вынимают из скважины.

На фиг. 3 показан пример компонов- 10 ки буронабивных свай, аид сверху; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 3.

На фиг. 3 и 4 обозначены строящаяся шоссейная дорога 8 и скважины 3.

Чтобы стабилизировать глинистую породу 1, необходимо передать действующие на дорогу 8 напряжения ряду

Ьуронабивных свай-скважин 3, которые образуют смешиванием оксихлорида алюминия. Буронабивные câàè размещены непосредственно под полотном дороги, а также по ее сторонам, включая откос.

На фиг. 5 .показан пример компоновки буронабианых свай для укрепления глинистой формации под Фундаментом здания, аид сверху; йа фиг. 6 - разрез Б-Б на фиг. 5.

На Фиг. 5 и 6 обозначены фундамент.

9 -здания, скважины 3 - буронабианые сваи, которые укрепляют глинистую породу 1.

На Фиг. 7 показана опытная .установка, используемая при изучении процесса диффузии, представляющая собой полый латунный цилиндр диаметром

35 мм, а котором находятся испытуемый З5 материал 10 буронабивной сваи и укреп. ляемая глинистая порода 1. Цилиндр снабжен рисками 11, которыми обозначены сегменты, пронумерованные по порядку.

На фиг. 8-13 приведены в виде граФиков результаты испытаний.

На оси абсцисс отложены значения прочности образца при сдвиге (кН/м ), определенные через заданные промежут" ки времени. Левая колонка цифр на оси ординат обозначает номер сегмента (диски) цилиндра (по порядку сверху вниз), изображенного на фиг.. 7, правая колонка цифр " соответствующую глуЬину диффузии (см).

Серии опытов В (В1-, 82) на фиг.

8-14 изображены сплошной линией, серии С (С1, С2) - пунктирной линией, 55 серии D (Р1, D2) — штриховой линией.

На фиг. 8 и 9 приведены результаты опытоа через 7 суток, на Фиг. 10 и 11 - через 30 суток, на фиг. 12 и

13 - через 100 суток, Кривые на фиг. 8 означают: сплошная - данные серии опытов 81-7, пунктирная — серии С1-7, штриховая - серии Р1-7.

Кривые на фиг. 9 означают: сплошная - данные серии опытов 82-7, пунктирная - серии С2-7, штриховая - серии Р2-7.

Кривые на фиг. 10 означают: сплошная - данные серии опытов 81-30, пунктирная - серии С1-30, штриховая - серии Р1-30.

Кривые на фиг. 11 означают: сплошная - данные серии 82-30, пунктирная

С2-30, штриховая - D2-30.

Кривые на фиг. 12 означают: сплошная - данные серии 81-100, штриховая - D1-100.

Кривые на фиг. 13 означают; сплошная - данные, полученные через 100 дней, для серий 82-100, пунктирная

С2-100 °

На фиг. 14 приведены обобщенные результаты опытов.

На отрезке а оси абсцисс отложены значения прочности образца при сдвиге е кН/м, на отрезке б - аодосодержание в 4, на отрезке в - значения рН. Обозначения оси ординат те же, что и на фиг. 8-13.

Способ осуществляют следующим образом.

Пример . Проводили серии опытов, в которых использовали норвежские глины. В их число входили норвежская плывучая глина и морская соленая глина. В основном опыты проводили с норвежской плывучей глиной.

8 табл. 1 представлены характеристики норвежской плывучей глины и морской соленой глины.

Алюминий-гидрокси хлорид

Al(OH)q, С1р, (гидрокси-алюминий или

ОН-Al) оказывает стабилизирующее воз" действие на норвежскую плывучую глину. Плывучая глина, очень, мягкая в естественном состоянии, становится при формовании жидкой. После добавки гидрокси-алюминия смесь сначала твердеет, потом несколько смягчается, приобретая более илистые свойства.

3а несколько минут смесь полимеризуется и через несколько дней становится твердой глиной. Добавка извести оказывает в какой-то мере подобный эФФект. Однако разница между гидрок65351

10

20

Лабораторные исследования были разделены на две части: одна частьопределение оптимального соотношения смеси (опыты серии A1) и зависимости от времени (опыты серии А2) для сухого гидрокси-алюминия и для раствора гидрокси-алюминия, а другая - исследование эффекта диффузии из стабилизированной глины в ненарушенную глину. Опыты с использованием,в качестве стабилизирующей среды только жидкого и твердого гидрокси-алюминия - опыты соответственно серий Â1 и В2, опыты со смесью гидрокси-алюминия с хлористым калием - опыты серий С1 и С2, а с метанолом - опыты серий D1 и D2.

Результаты первой части опытов подтверждают преимущество использова" ния сухого гидрокси-алюминия по сравнению с раствором гидрокси-алюминия.

Однако раствор гидрокси-алюминия тоже дает существенный положительный эффект.

15 си-алюминием по изобретению и известью при использовании в качестве стабилизаторов заключается в характере их воздействия на окружающую ненарушенную плывучую глину. Гидрокси-алюминий оказывает стабилизирующее действие на несколько сантиметров вглубь ненарушенной глины, причем плотность достигает 1/10 плотности смеси. Известь оказывает очень малое влияние на ненарушенную глину. По сравнению с хлористым калием гидрокси-алюминий обеспечивает значительно большую плот ность смеси, однако хлористый калий быстрее диффундирует в ненарушенную плывучую глину и стабилизирует грунт на много сантиметров от смеси . Таким образом, комбинация ОН-А1 и КС1 значительно лучше использует свойства обоих стабилизаторов и образует твердый сердечник с мягкой, до средней, ненарушенной глиной. В результате притягивания воды плотность гидроксиалюминиевой смеси снижается за несколько месяцев примерно до 1/3. !

В табл. 2 показаны концентрации гидрокси-алюминия в опытах серии А1 (А1 характеризует соответствующую се" рию опытов, цифра указывает количество дней до изъятия образца, а буква номер сегмента (считая от верха), в котором производился опыт).

В табл. 3 приведены результаты опытов серий А1, А2 и А3.

>О

В опытах серии А2 (с изменением времени) использовали только 5 мл

6,2 М ОН-А1/100 г мокрой глины. Длительность опыта ч (h) и 1, 3, 7, 30 и 100 суток (a) .

Тот же метод использовали для соленой морской глины. Он представлен в табл. 3 опытами серии А3 °

Смешанную глину помещали в пластмассовый стакан с крышкой. Стакан покрывали пластмассовой пленкой, ставили в контейнер, заполненный газообразным азотом, и выдерживали при

7 С. Прочность на сдвиг измеряли для каждого образца. Некоторые образцы сдавливали и измеряли рН содержащейся в порах воды. В некоторых случаях методом атомной абсорбции определяли содержание кальция, магния, калия и натрия.

Результаты представленных в табл.3 опытов свидетельствуют о том, что сухой гидрокси-алюминий обеспечивает лучший эффект, чем раствор гидроксиалюминия ° Концентрация смеси гидрокси-алюминия меняется от О до 154 от веса влажной глины или 0-204 от сухоro веса (серия А1). Прочность на сдвиг изменяется при варьировании концентрации гидрокси-алюминия от показателя жидкого состояния ((0,1 KH/ )до твердой плотной глины ()375 кН/м ) . Сравнение результатов примешивания жидкого продукта и сухого продукта показывает, что добавка одновременно с гидрокси-алюминием воды снижает эффект стабилизации °

При небольшой добавке сухого гидрокси-алюминия (примерно 54), т.е. до 83 сухого веса, глина становится пластичной ° Если небольшая добавка гидрокси-алюминия приводит к немедленной пластичности глины, то повышенная добавка приводит к получению сначала более жесткой глины, которая через минуту смешивания становится более рыхлой. Затем глина приобретает илистый характер, а потом медленно переходит в более твердую глину.

При недостаточном размешивании твердого гидрокси-алюминия он притягивает воду и образует хрупкий гель.

Глину и раствор гидрокси-алюминия смешивают при следующем соотношении:

5 мл 6,2 М ОН-Al и 100 г влажной глины, смесь выдерживают в течение 1 ч;

3, 7, 30 и .100 суток. Затем измеряют прочность на сдвиг. Ввиду очень вы1565351 сокого водосодержания глины добавочная вода из жидкого гидрокси-алюминия привс>дит глину в жидкое состояние.

3а 100 дней Формованная соленая морс5 кая глина ни разу не достигает первоначальной прочности на сдвиг.

Результаты опытов при применении сухого гидрокси-алюминия лучше.

Вторая часть опытов - исследование 10 эффекта диффузии из стабилизированной глины.

Для проведения этих опытов применяли небольшие латунные цилиндры диаметром 35 мм разной высоты (фиг. 7). 15

Цилиндры снизу заделывали, а верхние

5 см над ненарушенной плывучей глиной ,заполняли смесью.

Формованная глиняная смесь содержит в опытах серии 20

Bl - 5 мл 6,2 M OH-Al/100 г влажной глины;

В2 — 15 r порошкообразного ОН-Al/

/100 r влажной глины;

С1 — 5 л 6,2 И ОН-.А1 + 9,5 г твер- 25 дого хлористого калия на 100 г влажной глины;

С2 — 15 г порошкообразного ОН-Al +

+ 9,5 г твердого хлористого калия на

100 г влажной глины; 30

D1 - 5 мл 6,2 М ОН-Al + 4 мл метанола/100 г влажной глины;

D2 - 15 г порошкообразного гидрокси-алюминия ОН"Al + 5 мл метанола на

100 г влажной глины. 35

Образцы заделывали пластичным материалом, выдерживали в течение 7, 30 и 100 суток в заполненном азотом контейнере при 7 >С. Консистенция смеси трудностей не создавала. Формован- gp ная глина в опытах серии В была жидкой, в сериях C - сухой и пластичной, а в сериях D — сырой и пластичной.

После выдержки, глиняные столбики выталкивали и производили измерение прочности на сдвиг ° Затем глину нарезали ломтиками толщиной 2,5 см. В каждом ломтике одну часть использовали для определения водосодер>нания, а другую часть сжимали и определяли путем атомного абсорбирования рН и состав содержащейся в порах воды (кальций, магний, калий, натрий) .

В табл. 4-8 и на фиг. 8-14 представлены результаты указанных опытов за серией указан номер образца и длительность эксперимента в сутках, а третья цифра показывает номер сегмента, считая от верха цилиндра. Так, С2-30-8 означает: С2 — смесь твердого гидрокси-алюминия с хлористым калием;

30 - 30 суток, а 3 " третий сегмент сверху).

Измеряли прочность на сдвиг каждого сегмента, Использовали метод падающего конуса (заостренный конус проникает в глину под действием силы тяжести) . Миллиметры пенетрации пересчитывали в кН/м l1o стандартной кривой.

Измеряли также водосодержание (в 4 от сухого веса), содержание кальция, маг. ния, калия и натрия в отжатой из пор воде и РН. Содержание элементов определяли атомным абсорбированием с невысокой точностью. Для получения исходных данных для оценки опытов естественную плывучую глину подвергали минералогическому анализу, проверке гранулометрического состава и катионообменной способности, определению содержания неорганического и органического углерода и соли.

Во второй части опытов испытывали также цилиндры ненарушенной плывучей глины. Длину цилиндров варьировали от 10 до 30 см. Некоторые цилиндры содержали илистые слои, которые влияли на прочность на сдвиг и на водосодержание, а следовательно и на диффузию.

Неоднородность цилиндров могла стать причиной осложнений как во время вталкивания глины в цилиндры, так и во время выталкивания из них. В некоторых случаях возникал дренаж воды, накопленной на дне. Окисление глины подавляли помещением цилиндров в атмосферу азота при 7 С.

Как показано на фиг. 7, формованную глину, стабилизированную либо гидрокси-алюминием и хлористым калием, либо гидрокси-алюминием и метанолом, либо одним только гидрокси-алюминием, помещали поверх цилиндров.

Затем цилиндры заделывали несколькими слоями пластичного материала и выдер>нивали в течение 7, 30 или 100 суток. В конце каждого прогона глину выталкивали в направлении сверху вниз по цилиндру измеряли различные параметры.

При смешивании формованной глины с раствором (6,2 м) гидрокси-алюминия глина становилась жесткой (60 кН/л1 ) и оставалась жесткой (50-80 кН/м ) в

Q. течение всего периода испытаний. В

1565351

10 табл. 5 наблюдается довольно низкая из-за диффузии прочность на сдвиг в ненарушенных глинах.

Эффективность и характер пенетра5 ции стабилизирующего эффекта в ненарушенную глину неясен, Смесь с гидрокси-алюминием вытягивала воду из ненарушенной глины. Этот эффект наблюдали также при всех других О экспериментах. Гидрокси-алюминий имел кислую реакцию, проникающую вниз по столбу, но со временем нейтрализуемую.

Химические параметры содержащейся в порах воды во всех трех опытах бы- 5 ли одинаковыми за исключением очень высокого выделения калия, наблюдав-шегося в серии 81-30, и высокого со" держания магния в серии В1-7, Формование плывучей глины гидрок- 20 си-алюминием приводит к высвобождению значительного количества катионов в заполняющую поры жидкость. Например, концентрация калия возрастает примерно в 10 раз, магния - примерно в 100, а кальция - более чем в 200 раз. Разность концентрации в Формованной и ненарушенной глинах форсирует диффузию этих катионов в ненарушенную глину. 30

Сухая гидрокси-алюминиевая смесь дает значительно лучшие геотехнические результаты, чем раствор гидроксиалюминия. Формованная глина немедленно повышает прочность на сдвиг, кото- 35 рая со временем снижается до l/3 первоначальной величины (см. табл, 4-7).

Эффект стабилизации с течением времени ненарушенной глины не столь однозначен для сухого гидрокси-алюминия, 40 как для раствора гидрокси-алюминия.

При опытах пенетрации в первоначальную глину средний уровень прочности на сдвиг (25-50 кН/м ) отмечается во время испытания в 4-9 см вниз по столбу. 4g

Измерение водосодержания подтверждает осмотический эффект гидрокси-алюминия. Формованная глина содержит воды на 303 больше, чем ненарушенная глина через 100 суток. Измерения рН подтверждают наличие кислой реакции гидрокси"алюминия. Расхождение между нарушенной н ненарушенной глиной может быть не менее 2 рН ° Химический анализ содержащейся в порах воды подтверждает вышеуказанную тенденцию. В серии В2-100 обнаруживается более вы" сокое выделение кальция, магния и натрия. По сравнению с раствором гидрокси-алюминия сухой гидрокси-алюминий выделяет равное количество калия и магния (фактор 10 и 100), но я отношении кальция фактор несколько ниже (100-200) .

Из табл. 5 следует, что смешивание (6,2 М) гидрокси-алюминия с твердым хлористым калием приводит к получению жесткой формованной глины с прочностью на сдвиг 50-80 кН/м, не зависящей от длительности эксперимента. Диффузия материала вниз в ненарушенную глину приводит к образованию среднежесткой глины (25-50 кН/м ) на глубине 6 (В1-7) и 11 см (В1-30). Повышенная прочность на сдвиг ненарушенной глины обусловлена диффузией ионов калия.

Измерение водосодержания указывает на некоторый дренаж воды в серии испытаний Сl-7. Тем не менее обнаруживается указанный выше осмотический эффект гидрокси-алюминия. Измерениями рН установлены большие различия для стабилизированной и ненарушенной глин (не менее 2,5 ед. рН) в начале экспериментов. Со временем кислота (Н ) проникает вниз столба и медлен(Ф но нейтрализуется, Общая тенденция химического состава содержащейся в порах воды не отличается от описанных опытов, исключая большое добавление калия. Одна и та же размерная конс" танта диффузии наблюдается в обоих экспериментах серии Cl. Примерные зназначения: 6 10 см с для 7-дневного опыта и 3 10 см ° с 1 для 39дневного опыта. Значения — приближенные ввиду отсутствия точной информации о концентрации с резервуаре или о постоянстве концентрации и резервуаре. При этом учитывается неоднородность глины и отсутствие химических реакций при физических изменениях глины. Содержания магния и кальция в содержащейся в порах воде примерно такие же, как в серии Вl.

В табл. 6 представлены результаты опытов при использовании в качестве стабилизирующих химикалий сухого гидрокси-алюминия и хлористого калия.

Такая смесь образует твердую формованную глину с начальной прочностьа на сдвиг 300-400 кН/м, уменьшающейся за период испытания до 100200 кН/м . Диффузия веществ вниз в ненарушенную глину приводит к образо; ванию среднежесткой глины (25

1565351

50 кН/м ) до глубины 5 см (С2-7), 10 см (С2-10) и 20 см (С2-100), Максимальная прочность на сдвиг в ненарушенной глине эа время эксперимента немного увеличилась. Увеличение прочности на сдвиг обусловлено, в основном, так же„как в серии С1 диффузией калия.

Измерение водосодержания дает ана- 10 логичную картину с ранее описанной.

Водосодержание стабилизированной сме" си возрастает в ненарушенной глине от 7 до примерно 304. Данные о рН имеются только для ненарушенной глины; они обнаруживают лишь небольшое возрастание вниз по столбу, Эта тенденция аналогична ранее описанной. Нет расхождений между этими и ранее описанными анализами химического состава содержащейся в порах воды,. Размерный коэффициент диффузии калия составил в трех опытах: 4 10 см с (С2-7); 4 10 см c (С2-30) и

3 10 см с (С2-100). Содержания 25 кальция и магния такие же, как в сериях В2.

В табл, 7 приведены результаты опытов при использовании метанола.

Эта смесь образует довольно мягкую g0 формованнуо глину, частично становящуюся во время опыта жидкой (D1-100) .

Эффект стабилизации диффундирующими веществами небольшой. Только самый верхний в 1 см слой ненарушенной глины обладает прочностью при сдвиге, превйшающей в начале периода

Я>

25 кН/и>. Далее через несколько сантиметров прочность падает до 1525 кН/м . Эти результаты близки к по- <О

Q лученным в сериях В1, что свидетель" ствует о незначительности положительного эффекта от добавки метанола.

Измерения водосодержания не дают полного представления о характере тенденции притягивания воды. При измерении рН четко прослеживается градиент рН по мере диффузии Н из источника вниз по столбу. Хи>>ические показатели содержащ йся в порах воды аналогичны ранее описанным.

5G

В табл. 8 приведены результаты опЫтоВ при использовании в каче.-.тве стабилизующей среды сухого гидроксиалюминия с метанолом. Эта смесь за

7 суток образует жесткую до очень жесткой (примерно 100 кН/м ) смесь

Формованной глины. lepee 30 суток прочность снижается ро уровня сред ней глины (40 кН/м ) . Образцы серии

D2-100 были разрушены и определения прочности при сдвиге не были сделаны.

Верхние 3 см формованной глины стали жидкими; следующие несколько сантиметров были очень мягкими, а последние сантиметры - жесткими и очень жесткими. Прочность при сдвиге ненарушенной глины повышается до уровня средней глины (25 кН/м ) в 4 см вниз по стол" а бу эа 7 дней и в 7 см эа 30 дней. Пенетрация в серии D2-100 не оценена, Водосодержание - неравномерное (смесь притягивает воду и даже ожижает формованную глину) . Тенденция градиентов рН аналогична ранее описанной; отмечались те же концентрации и тенденции химического состава содержащейся в порах воды, как в других сериях испытания с сухим гидрокси-алюминием.

Только в опытах серии D2 отмечается более медленная пенетрация веществ в ненарушенную глину.

На фиг. 8 приведены результаты сравнения прочности -через 7 суток только для раствора гидрокси-алюминия и для раствора с добавками. Смесь с раствором гидрокси-алюминия образует жесткую глиняную смесь (65 кН/м ) че-. рез 7 суток, Добавка хлористого калия картины не меняет, однако добавка метанола cíèæàåò прочность вследствие увеличения содержания жидкого вещества в растворе - до примерно

30 кН/м . Раствор гидрокси-алюминия очень мало повышает прочность при сдвиге ненарушенной глины и то только до глубины в несколько сантиметров.

Добавление метанола несколько эфФективнее повышает прочность при сдвиге в тех же немногих верхних сантиметрах. Добавка хлористого калия повышает прочность при сдвиге до боль" шей глубины, чем в двух предшествующих случаях. Причиной является добавка калия, однако некоторая доля повышения прочности на сдвиг могла быть обусловлена и выделением диффундирующих веществ, например, кальция и магния.

На Фиг. 9 сопоставлены результаты измерения прочности через 7 суток при введении сухого гидрокси-алюминия (одного или с добавками). Сухая смесь гидрокси-алюминия повышает прочность при сдвиге формованной глины до 300 кН/м (твердая глина) . Примесь сухого гидрокси-алюминия и хлористо156535!!

ro калия обеспечивает примерно такую же прочность при сдвиге, но добавка гидрокси-алюминия с метанолом повышает прочность при сдвиге только до

100 кН/м . Меньшая прочность в слуЯ чае добавки метанола обусловлена добавкой жидкости.

Прочность при сдвиге возрастает во всех трех экспериментах примерно одинаково, до 4-5 см она была на уровне среднежесткой глины (2550 кН/м ). Расхождение результатов серий опытов с наличием хлористого калия и без него подтверждаются и химическим анализом содержащейся в порах воды. При добавке хлористого калия содержание кальция, магния и калия выше. Более высокая, чем во всех других опытах, прочность при сдвиге в сериях D2 обусловлена концентрацией кальция s содержащейся в порах воде или содержанием метанола.

На фиг. 10 сопоставлена 30-суточная прочность при использовании раст- 25 вора гидрокси-алюминия (одного или с различными добавками). Прочность формованной глины с добавкой раствора гидрокси-алюминия составила

70 кН/м, примерно то же, что для сме.В0 си раствора гидрокси-алюминия с хлористым калием (около 60 кН/м ). Проч-. ность для раствора гидрокси-алюминия с добавкой метанола достигла только

30 KH/м

Добавка в ненарушенную глину раствора гидрокси-алюминия с метанолом или без него дает близкие результаты. Прочность в 7-8 см вниз по столбу составила примерно 20 кН/м даже 40 при различном химическом анализе содержащейся в порах воды. Смесь раствора гидрокси-алюминия с хлористым калием значительно эффективнее другого состава, ибо в 11 см вниз по стол- 45 бу образует среднежесткую глину. В сериях Сl-30 содержание кальция, магния и калия в воде из пор, исключая первые два сантиметра, значительно выше, чем в других сериях показатели прочности при сдвиге также выше.

На фиг. 11 представлены данные для 30-суточного образца с сухим гидрокси-алюминием. Смеси с сухим гидрокси-алюминием отличаются большим рассеянием прочностных показателей при различных добавках. Прочность формованной глины достигает для сухой смеси с гидрокси-алюминием 100 кН/м

:однако добавка гидрокси-алю> иния с хлористым калием оказалась зна-, ительно эффективнее (300-400 кН/м ), зато ниже прочность при сдвиге для гидрокси-алюминия с добавкой метанола 3060 кН/м .

Добавка смеси гидрокси-алюминия и метанола в ненарушенную глину наиболее эффективна так >не, как в 7 ñóòî÷ных сериях, на первых двух сантиметрах (35 кН/м"). .Ha следующих 7 см смесь гидрокси-алюминия и хлористого калия обеспечивает наибольшую прочность в 25-35 кН/м . Наблюдается большое расхождение между прочностью на сдвиг, обеспечиваемой различными смесями, после 30 и 7 суток. В этих сериях (В2-30, С2-30 и Dl 30) не обнаруживается-явной связи между прочностью на сдвиг в ненарушенной глине и химическими показателями воды из пор.

На фиг. 12 и l3 сопоставлен обеспечиваемый различными стабилизирующими агентами, наблюдаемый через 100 суток, эффект. Примесь раствора гидрокси-алюминия образует жесткую глину (5080 кН/м ) даже через !00 суток. Смес» раствора гидрокси-алюминия с метанолом дает различные величины, начиная от жидкости (< 0,1 кН/м ) в верхни"; трех сантиметрах до 40 кН/м в нижних

2 см.

Смеси мало влияют на ненарушенную глину. Прочность при применении раствора гидрокси-алюминия с метанолом и превышает 15 кН/м до глубины 7 см и примерно до глубины 1 см для одного только раствора гидрокси-алюминия. При применении раствора гидрокси-алюминия уменьшается прочность при сдвиге ненарушенной глины при переходе от

7 к 30-суточным опытам.

Как видно из фиг. 13, добавка суxoro гидрокси-алюминия в плывучую глину приводит к повышению прочности на сдвиг от 90 до 400 кГ/м от верха до низа формованной глины. Этот результат недалек от обеспечиваемого добавкой сухого гидрокси-алюминия с хлористым калием; он лежит в пределах тех же величин. Опыт с сухим гидрокси-алюминием и метанолом был нарушен и прочность при сдвиге не определена.

В этом случае верхние 3 см находились в жидком состоянии, Прочность при сдвиге ненарушенной глины несколько превышает результаты для 30-суточной выдержки. При приме15

15653 нении одного сухого гидрокси-алюминия прочность на сдвиг колебалась до глуЬины 9 см от 20 до 50 кН/м ; на протяжении 4 см она превышала 40 кН/м .

Добавка сухого гидрокси-алюминия и хлористого калия обеспечивает прочность при сдвиге от 25 до 50 кН/м до глубины в 14 см и более 20 кН/м для дополнительных 7 см. Существует хорошая корреляция между прочностью при сдвиге и содержанием кальция, магния и калия в воде иэ hop.

На фиг. 14 сопоставлены результаты стабилизации через 100 суток для одного только сухого гидрокси-алюминия, хлористого калия и СаО. Сравнение прочности на сдвиг формованнойглины свидетельствует о том, что сухим гидрокси-алюминием обеспечивается большая жесткость, чем с помощью

СаО. Один только хлористый калий стабилизирующего эффекта не дает.

В ненарушенной глине эффект стабилизации ограничен, В пределах 3 см прочность на сдвиг ниже стабилизированной СаО глины падает с 100 до

20 кН/м . При использовании сухого гидрокси-алюминия она падает с 50 до

20 кН/м (в 9 м вниз по столбу). Хло- ЗО ристый калий обеспечивает прочность

20-25 кН/м до глубины 19 см. Повышенная прочность на сдвиг в ненарушенной глине обусловлена при стабилизации СаО большим поглощением воды из- вестью. Гидрокси-алюминий также обла- З5 дает-спосоЬностью притягиВать воду.

Но в данном случае этот эффект проявляется глубже в столбе из-за большего содержания катиона. При стабилизации с помощью СаО смещение воды вверх маскируется химической реакцией

СаО + Н О + ---Са (ОН)я, связывающей большое количество воды.

Хлористый калий на водосодержание не

45 влияет.

Применение только одного гидроксиалюминия с точки зрения стабилизации весьма перспективно. Количество гидрокси-алюминия должно составлять не с

50 менее 154 от веса влажной глины. On51

l6 тимальные результаты могут быть достигнуты и при более высоких соотношениях. Повышенная доля гидрокси-алюминия еще больше повышает прочность на сдвиг формованной глины, Еще важнее с геотехнической точки зрения результаты применения сухого гидрокси-алюминия в смеси с хлористым калием. В формованной глине хлористый калий не уменьшает прочности, достигаемой с помощью одного сухого гидрокси-алюминия.

В ненарушенной глине, в которой гидрокси-алюминий менее эффективен, хлористый калий относительно быстро диффундирует, образуя глубже лежащие в глине зоны стабилизации, Гидроксиалюминий не мешает проявлению этого свойства хлористого калия.

Изобретение обеспечивает стабилизацию глины из указанных отложений путем примешивания к глинистой почве сухого гидрокси-алюминия и калия.

Формула изобретения

1, Способ стабилизации плывучей глины или соленой глинистой почвы, включающий формирование скважин и заполнение их смесью грунта с вяжущим материалом, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности стабилизации эа счет диффузии вяжущего материала в ненарушенный окружающий грунт, в качестве вяжущего материала используют сухой основной хлорид алюминия общей формулы

Al(OkI)qCl>,, где n = 2-2,7, в количестве 2,5-20 r на 100 г влажной глины или соленой глинистой почвы.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что вяжущий материал используют в смеси с реагентом, выбранным из группы, включающей хлорид, нитрат и сульфат калия или аммония в количестве 1-10 r на 100 г влажной глины или соленой глинистой почвы.

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что в качестве реагента используют хлорид калия.!

1565351

Табли ца 1

Глина

Показатель

Соленая

Плывучая

35,0-38,3

7,0

7-10

8,0

?,9-8,2

150-300

10-20

10-40

3"20

6,4

1 4

0,6

0,4

64

35 ил

10-15

204

15-20

15-20

42 глина

30

0"54

Табли ца 2

Серия

Аl-lа

Аl -7а

Аl-l в

Al 7в

Аl "lc, Аl -7с

Аl -1й

Al "7d

А1-7е

A l-7f

А! "7д

Аl- jh

Аl-? i

3,62

5 мл 0,62 М

5 мл 0 62 М

5 мл 0,0062 М

0,362

0,0362

0,00362

0,8

2 5

1,09

3,4

6,8

13,6

20,4

Водосодержание (14 сухого веса, измеренный на подлинной глине в качестве средней величины для каждой трубки)

Прочность на сдвиг, измеренная методом падающего конуса, кН/м Химические показатели содержащейся в порах воды: рН натрий, ч./млн калий, ч./млн кальций, ч./млн магний, ч/млн

Токопроводность, Ом

Углекислый кальций, Органический углерод, 4

Содержание соли, г NaC1/л

Зернистость: песок, ил, 4 глина, Минералогический состав: иллит и мусковит, 4 хлорит, 4 кварц

Полевой шпат в калиевой форме, Ф

Плагиоклаз, Ф, мл 6,2М ОН-А1 или г порошкообразного ОН-Л1 на 100 r влажной глинь

Й

5 мл 6,2 М

r ОН-Al/100 г веса. сухой глины

1565351

Таблица 3

Результаты опытов изменения концентрации (А1), опытов определения зависимости от времени (А2), опытов для соленой морской глины (АЗ) с применением сухого гидрокси-алюминия и раствора гидрокси-алюминия

Содержание в порах воды, ч./млн, ДлительВодосодержание, 4

Прочность при сдвиге после опыта (ненарушена), кН/м

Код Ю ность рН магния кальция натрия калия дни

7 9 10,4

6,1

7,2

7 7

7,7

4,0 13 170

6,9 6900 900

370 920

4800 610

140 660

230 890

170 790

6,7 6950 740

6,7

6,0 6670 720

63

78

7,0

0,6

0,6

0,6

0,8

2,4

3,8

1,9

7,5

52,2

8,0 260 680 240 6300

А1-00

А1-1а

А1-1в

А1-1с

А1-1d

А1-7а

А1-7в

А1-7с

A) -7c1

А1-7е

А1 "jf

А1"jg

А1-711

А1 "7)

А2-01

А2"1

А2-3

А2-7

А2 30

А2-100

А2"7

А2 30

А2-100

АЗ"00

АЗ-01

A3""1

АЗ-3

А3-7

АЗ-30

АЗ-100

АЗ-7

1

7

7

1h

30

104

102

3

100

9,8 36,0

18,5

5 0

0,5 (0,1

6,5

1 2

«О,1

70

145

240

)375

18,5

50

1565351

Ta6ли ца4

Результаты опытов диффузии с ипользованием раствора гидрокси-алюминия (81) и сухого гидрокси-алюминия (82) Содержание в порах воды, u,/ìëí

Длительность дни

ВодосодеррН

Прочность при сдвиге после опыта (ненарушена), кН/м

Код Г кальция, магния, натрия калия, жание, о

7,6

6,7

7,3

63

63

14

11 7

44,3

43,!

31,6

440

5ооо

200

1410

270

Е50

64

34,8

36,6

36,8

44,5

47,9

7 1

660

270

500

330

33,2

36,0

7,9

37,0

37,8

44 3

44,5

33,2

7,8

7,4

780

400

88

99

710

36,3

37j2

38,2

8,3

8,3

8,3

33,9

40,7

34,2

98

5,2

6,2

200

3720

7,3 370

7,6 31

7,8 65

27

13

35,8

36,3

34,3

40,4

43,5

6,5

7,9

8,1

8,5

36,9

38,0

35,7

450

3550

760

160

35,0

44,6

42,7

35,6

34,3

33,!

33 5

1 !50

870 200 121 0

420 100 850

580 200 950

530 220 1040

7,2

7,2

81-7-1 7

81-7"2

81-7-3

81-7-4

81-7 -5

81 7-6

81-30-1 28

81-30"2

81-30-3

81-30-4

81-30-5

81-30-6

81-100-1 100

81""100-2

81-100-3

81-100-4

81-100-5

81-100-6

81-7-1

82-7-2

82 7 3

82-7-4

В2-7"5

82-7-6

"2 30-1 30

82"30-2

82"30 3

82"30-4

82"30-5

82-30-6

82-100-1 100

82-100-2

82-100-3

82-100-4

82-100-5

82-100""6

9,2

63

23

15

73

11

Е0

310

310

25

24

140

25

27

90

125

52

20

1565351

Таблица 5

Результаты опытов диффузии с использованием раствора гидрокси-алюминия и хлористого калия

ДлительПрочность при сдвиге после опыта.(ненарушена), кН/м

Водосодержание, 4 рН

Содержание в порах воды, ч./мин

Код Р ность дни

i калия кальция магния натрия

4260 540

2390 560

770 500

250 170

63 121

5080 580

6,0

7ю0

8,2

8,6

64700 600

39500 620

12000 780

960 520

580 210

58500 740

6,8

1470 560

710 470

520 370

270 l80

74 34

21800 820. 7740 570

1610 590

450 520

48 370

6,7

6,8

711

7,8

45 8,0

40 240

»»

Табли ца 6

Результаты опытов диффузии с использованием сухого гидрокси-алюминия и хлористого калия

Содержание в порах воды, ч./млн

Водосо- рН держание, 3

Прочность при сдвиге после опыта (нена2. рушена), кН/м

Длительность» дни

Код Il

l» калия кальция магния натрия

670 32700 820

420 6800 630

64 180 380

5 3 21 180

7,3 2880

8,0 570

7,6 105

7,8 37

800 52000 960

630 26400 880

7,6 4160

7,7 1540

8,4 450 380 3840 710

8>3 38 15 39 340

7 5 19 5,1 20 270

44,4

45,0

33;6

37 3

38,4

100

890 35500 l 210

660 20200 1000

7,6 3620

8,0 1700

100

С1-7-1

С1»7-2

С! 7-3

С1 7-4

С1-7-5

С1-7-6

С1-30-1

CI-30-2

С1-30-3

С1-30-4

С1-30-5

Ci-30-6

С1-30-7

С! 30-8

С1-30 9

С1-30-10

С2-7 1

С2"7"2

С2-7 3

С2-7 4

С2 7 5

С2-7-6

С2-30-1

С2-30 2

С2-30-3

С2"30-4

С2"30-5

С2".30-6

С2-30 7

С2-30-8

С2-30"9

С2-30-10

С2-100-1

С2"i00-2

С2"100-3

С2-100-4

С2-100-5

26

31

26

9,5

72

53

33

31

32

27

16

3,0

280

)375

31

11

310

375

36

27

12

15

240

39

55,4

52,0

34,4

33,3

36,0

36,8

42,9

43,4

32,7

35,5

36,5

36,7

36,5

37,1

35 2

38,1

32,0

36,1

33,7

35,6

37,3

34,9

37,9

38,6

34,8

34,4

36,9

40>5

34,4

38,1

35,8

1565351

Продолжение табл. б

Прочность при сдвиге после опыта (ненарушена), кН/и

Длительность дни рН

Водосодержание, 1

Содержание в порах воды, ч./млн

Код К калия кальция магния натрия

С2-100-6

С2-100 7

С2-100-8

С2-100-9

42

42

24

2 J

19

14

11

8,3

36,0

36,9 8,3 54

37,2

38,2 8,3 25

33,8 8,3 150

С2-100-10

С2"100-11

С2-100-12

С2-100-13 сг-loo-14

36 79 440

6,8 53 . 280

9,0 69 350

Табли ца 7

Результаты опытов диффузии с использованием раствора гидрокси-алюминия и метанола

Содержание в порах воды, ч./млн рН

Водосодержанне, ф

Длител ьность дни

Прочность при сдвиге после опыта (ненарушена), кН/м

Код Р калия кальция магния натрия

6,0 4400 500

7,0 1480 300

8,2 150 56

8 6 58 13

93 440

64 460

28 360

16 190

6,9 3530 430

7, 7 2130 380

80 840 280

82 390

61 430

47 440

8 3 62 12

81 17 45

821240

15 280

14 . 170

13 170150 660

130 710

94 760

106 810

83 770

6,1 2850

6,5 2360

7,0 1370

7,3 970

7 5 310

220

D1-7-1 7

Dl-.7 2

D1--7-3

И -7-4

D1 -7-5

D1-7-6

01-30-1 29

И -30-2

Dl-30-3

01-30-4

D1-30-5 1-30-6

D1-30-7

И-30-8

01-30-9

30" 10

D l -100" 1 105

Dl""100-2

? 1"100-3

D1-100-4

Dl-100-5

Dl-100-б

26

31

26

9,5

31

31

22

21

19

9,1

7,6.

7,8

9,2 (0,1

39

18

15 .11

55,4

52,0

34,3

33,3

36,0

36,8

56,7

49,6

51,7

38,6

36,9

37,4

36,7

37,6

35,9

38,8

89,9

52,0

38,4

39,1

39,4

35,9

34,Ь !

39,9 8,2 660 470 5780 750

34,9

37,3 8,3 360 300 1240 620

1565351

Табли ца 8

Результаты опытов диффузии с использованием твердого сухого гидрокси-алюминия в метаноле

Длительность, дни

Прочность при сдвиге после опыта (ненарушена), кН/м

Водосодержание, 4 рН

Содержание в порах воды, ч ° /млн

Код Г калия кальция магния натрия

1630 380 52

230 110 38

25 5,9 14

22 5,6 45

150

7>9

8,3

8,4

8,5

4200 540 102

930 290 63

32 14 29

43 5,8 25

7,4

8,2

690

340

8,3

8>3

190

7,1

<0,1

- О, 1

8>5

180

102

1530

710 200 630

550 160 740

500 170 860

530 180 960

92"7 1

>",>2-7-2

52-7-3

D2"7-4

Рг-7-5

92-7-6

02 30-1

О2-30-2

И-30-3

Ð2-3О-4

И-30-5

92-30-6

92-30-7

Рг 30-8

И-30-9

1 >2-3 О -1 О

1,>2-100.-1

92-100"2

, И2=100-3 п2-1ОО-4

02-100"5

1>2-100-6

4ll

24

13

7 .48

27

33

27

18

42>7

49,8

35,4

36,0

37,0

34,9

49,7

55,9

34,7

35,1

36,3

39,4

34,0

34,8

49,0

35 3

51,5

33,5

49,0

34,2

34,0

33,0

156535i

ФЯ8, 3

А- A — 8

Ф р 6 р

Р Р О С7 0

Г

1565351

1 565351

1

2 ф

8 6

8 — t0

12 и

7 5

В

f8 — 20

22

2Ф

11 И !

1Ю

32

1О

2

3 6 д е g и б

7 16

- 20

22

Ю З ц 26

И

Z2

1Ч

5 Ю

Я)

Фиа9

10Ð

Фиа10

156535>

2 у б, в

- Ш

sа б

2 6

В

- 3l

22

10 2Ф !

1 26

12

- Ю

13 !

4 Я

Фй8!!

- 2

2 -Ф

8 б

- 1Î

Q б Е

7 1б

-.N

» ze

0 28

12 — Ю

ЗЯ

В Ж

1000

2

3 6

f0

12

6 19

7 И

И

22

77 26 г 28 — 30 а

Я 39

1565351

Редактор А. Лежнина

Ф Ю3

Заказ 1167 Тираж 546 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина",101

2 б

8 ф

6 р

7 f6

20

10 р

11 26 ц N

ЗО

19 36

Составитель M. Бабминдра

Техред М.Дидык Корректор И. Кучерявая