Способ закрепления грунтов



Способ закрепления грунтов
Способ закрепления грунтов
Способ закрепления грунтов

 


Владельцы патента RU 2613700:

Джантимиров Христофор Авдеевич (RU)
Акционерное общество "научно-исследовательский центр "Строительство", АО "НИЦ "Строительство" (RU)

Изобретение относится к области строительства, а именно к геотехническим работам с грунтовыми основаниями сооружений и их закреплению. Способ закрепления грунтов включает последовательное нагнетание в грунтовый массив газа и крепительного раствора. Предварительно готовят крепительный раствор - водную эмульсию смеси эпоксидных смол с отвердителем, после чего в грунтовый массив для вытеснения из пор грунтовой воды нагнетают сжатый воздух под давлением 0.1-0.3 МПа. Затем в поровое пространство нагнетают крепительный раствор под давлением 0.1-0.2 МПА и производят опрессовку путем повторного нагнетания сжатого воздуха, после чего осуществляют повторное нагнетание следующей порции крепительного раствора. Технический результат состоит в повышении эффективности закрепления грунтов песчаных, макропористых и пылевато-глинистых, в том числе при пониженной температуре. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Настоящее изобретение относится к строительству, конкретно к геотехническим работам с грунтами оснований сооружений и их закреплению.

Известен способ закрепления грунтов инъекцией микроцементных суспензий, условно называемых «растворами». Размер цементных частиц в известных цементно-водных суспензиях от пяти до пятнадцати микрометров. Недостатком способа является ограниченный диапазон грунтов, пригодных для закрепления по величине пор, т.е. по проницаемости /1/.

Известен способ закрепления грунтов смолизацией /1/. Способ состоит из нагнетания в грунт карбамидной смолы. В результате полимеризации смолы в порах грунта, массив приобретает повышенные физические и механические свойства. Средний расход смолы на один кубометр закрепленного грунта составляет 200 кг. Недостатком способа является экологическая «грязность», определяемая выделением остаточного формальдегида из массива закрепленного грунта, а также высокая стоимость работ из-за повышенного расхода смолы, заполняющей все поры в грунте.

Известен способ закрепления грунтов силикатизацией. Способ обладает ограниченной областью применения из-за повышенного расхода силикатного раствора, значительная часть которого остается неотвержденной и со временем выщелачивается грунтовыми водами /2/.

Наиболее близким к предлагаемому является способ «газовой» силикатизации /2/. В отличие от простой силикатизации, в нем участвует слабая угольная кислота, образующаяся в грунте в процессе реакции углекислого газа, нагнетаемого в грунт и поровой воды.

Способ реализуется в следующей технологической последовательности.

В грунтовый массив, подлежащий закреплению, погружают инвентарные инъекторы, служащие для нагнетания сжиженного углекислого газа и инъекции крепительного силикатного раствора. Затем нагнетают в грунт углекислый газ для подкисления пленочной грунтовой воды, затем инъектируют силикатный раствор, который заполняет поры в грунте, затем вторично вкачивают углекислый газ для более полного отверждения силикатного раствора. По мере заполнения пор и распространения раствора от инъектора резко возрастает гидравлическое сопротивление, что, в свою очередь, требует повышения давления нагнетания. Повышение давления выше определенной величины вызывает гидроразрывы в грунте и неконтролируемое распространение крепительного раствора. Режим пропитки (импрегнации) переходит в режим разрывной инъекции. Область гарантированного взаимодействия крепительного раствора и «подкисленной» грунтовой воды небольшая, т.е. радиус импрегнационного закрепления обычно не превышает 40 см.

Недостатком способа, принятого за прототип, является высокая трудоемкость, вызванная необходимостью частого расположения инъекторов из-за небольшого радиуса распространения крепительного раствора, определяемого размером пор, т.е. проницаемостью грунта.

Известна водоразбавляемая дисперсия эпоксидной смолы и низковязкого отвердителя /3/. Композиция служит для пропитки и обеспыливания бетонных изделий. Недостатком известной композиции является близкая к нулю способность полимеризации при пониженной температуре (+5-+6°С) и водонасыщении, характерных для большинства грунтовых условий на глубине более 1.5-2,0 м.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности импрегнационного закрепления грунтов (песчаных, макропористых и пылевато-глинистых), снижение материалоемкости, трудоемкости и стоимости работ.

Поставленная задача решается таким образом, что в способе закрепления грунтов, включающем последовательное нагнетание в грунтовый массив газа и крепительного раствора, согласно изобретению, предварительно готовят крепительный раствор - водную эмульсию смеси эпоксидных смол с отвердителем, после чего в грунтовый массив для вытеснения из пор грунтовой воды нагнетают сжатый воздух под давлением 0.1-0.3 МПа, затем в поровое пространство нагнетают крепительный раствор под давлением 0.1-0.2 МПА, и производят опрессовку путем повторного нагнетания сжатого воздуха, после чего осуществляют повторное нагнетание следующей порции крепительного раствора. При этом в качестве крепительного раствора могут использовать водную эмульсию смеси эпоксидных смол «Эпитал-Импрегнат», при этом крепительный раствор перед нагнетанием в грунтовый массив могут нагревать до температуры 60-75°C. Кроме того, в крепительный раствор из водной эмульсии смеси эпоксидных смол могут добавлять катализатор для ускорения процесса полимеризации. При этом в крепительный раствор из водной эмульсии смеси эпоксидных смол могут добавлять микроцемент в количестве 5-40% от веса раствора. Причем крепительный раствор готовят, например, из смеси эпоксидных смоли отвердителя при соотношении компонентов 1:(0,1-10) по весу и воды.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что предварительно готовят крепительный раствор - водную эмульсию смеси эпоксидных смол с отвердителем, после чего в грунтовый массив для вытеснения из пор грунтовой воды нагнетают сжатый воздух под давлением 0,1-0,3 МПа, затем в поровое пространство нагнетают крепительный раствор под давлением 0,1-0,2 МПА и производят опрессовку путем повторного нагнетания сжатого воздуха, после чего осуществляют повторное нагнетание следующей порции крепительного раствора. Операции повторяют до полного насыщения грунта.

Техническим результатом изобретения является улучшение пропитки малопроницаемых грунтов и обеспечение твердения крепительного раствора, в том числе и при пониженных температурах.

В предлагаемом способе применяют готовый крепительный раствор, например микроцементный или полимерный. Причем перед инъекцией крепительного раствора производят вытеснение грунтовой воды вокруг инъектора сжатым воздухом под давлением 0,1-0,3 МПа для освобождения порового пространства и повышения проницаемости грунта в объеме 0,1-0,6 куб.м, затем подают под давлением порционно готовый крепительный раствор и сжатый воздух. Давление нагнетания раствора не должно превышать предельных значений, при которых может происходить гидроразрыв грунта. Оно определяется по формуле

,

где σ - вес вышележащего грунта; σ - вертикальное дополнительное напряжение от внешней нагрузки (давление фундамента); μ - коэффициент Пуассона; c - сцепление грунта.

Крепительный раствор готовят в виде водоэмульсионной смоляной композиции, состоящей из смеси полимерных диановых смол, низковязкого отвердителя аминного типа и разбавителя. Учитывая, что эпоксидные смолы практически не растворяются в воде, все дальнейшие процессы выполняются в режиме «водоразбавления», т.е. образования дисперсий, эмульсий, путем введения в смесь смол и отвердителя, разбавителя и добавок при активном перемешивании в реакторе со смесителем со скоростью не менее 3600 об/мин. Вначале смешивают смолу и отвердитель в массовом соотношении 1:(0,2-0,6) в зависимости от времени отверждения, затем образуют крепительный раствор эмульгированием смоляной части в разбавителе в массовом соотношении 1:(0,5-10,0) в зависимости от требуемой вязкости. Затем непосредственно перед инъекцией в грунт в крепительный раствор могут быть введены добавки (катализаторы, уплотнители и др.). Пропитка (импрегнация) грунта выполняется через инвентарные (извлекаемые) или теряемые в грунте инъекторы, погружаемые в массив на проектную глубину

Катализатор, например раствор аммиака, вводят в разбавитель для повышения скорости полимеризации крепительного раствора в грунте. Для увеличения проницаемости грунта и уменьшения расхода крепительного раствора пневмоопрессовку чередуют с подачей крепительного раствора. Причем для экономии смолы, для связывания избыточного количества разбавителя (воды) и повышения температуры за счет выделения тепла при гидратации, в крепительный раствор могут добавлять гидравлическое вяжущее, например микроцемент, в количестве до 40% по весу.

Способ иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показана технологическая схема приготовления крепительного раствора и импрегнации грунтового массива; фиг. 2 - схема пропитки грунта в основании железобетонной сваи; фиг. 3 - схема создания инъекционного анкера.

Предлагаемый способ реализуется в следующей технологической последовательности.

До начала закрепления грунта готовят крепительный раствор. Для этого в реакторе 6 смешивают смоляную часть из емкости 1 и отвердитель из емкости 2, затем в полученный раствор вводят определенное количество разбавителя из емкости 3, например воды, и при необходимости добавки из емкости 4 и производят интенсивное эмульгирование, в смесителе 5, например, вращением со скоростью не менее 3600 об/мин с кавитацией или ультразвуковой обработкой. Затем для ускорения процесса полимеризации смолы полученный крепительный раствор нагревают до температуры 35-60°C в емкости 6 или вводят катализатор из емкости 4. Затем по трубопроводам или гибким шлангам 7 в предварительно погруженные в грунтовый массив 10 инвентарные (или оставляемые в качестве армирующих сердечников) инъекторы 8 подают под определенным давлением поочередно сжатый воздух компрессором 9 и крепительный раствор из емкости 5. Сжатый воздух вытесняет в стороны поровую воду, повышая проницаемость грунтового массива 10, тем самым интенсифицируют процесс импрегнации грунта крепительным раствором за счет снижения его влажности. Последующим нагнетанием сжатого воздуха вытесняют крепительный раствор на периферию в стороны от инъектора, увеличивая радиус закрепления, снижая расход раствора за счет поризации твердеющего массива и снижения его влажности, и тем самым повышает эффективность закрепления грунтового массива. Количество крепительного раствора принимают из расчета заполнения всего объема пор грунта для достижения полной водопроницаемости.

Когда в проекте предъявляются требования только к максимальной прочности закрепленного грунтового массива, пористость заполняется частично в пределах 40-50%. В зависимости от плотности крепительного раствора и количества вводимого разбавителя прочность закрепленного песка составляет 10-100 МПа.

Пример №1

В диапазоне 8-13 м по глубине грунтового разреза строительной площадки залегает слой рыхлого водонасыщенного песка, сжатие которого приведет к сверхнормативным осадкам проектируемого сооружения. Со дна котлована в грунтовое основание будущего здания с проектным шагом погружают инвентарные инъекторы 8 на глубину, несколько меньшую глубины расположения подошвы проблемного слоя грунта. Через инъекторы по манжетной технологии производят поочередное нагнетание сжатого воздуха под давлением 0,1-0,3 МПа и крепительного раствора под давлением 0,-1-0,2 МПа приготовленного по известным методикам из смоляной смеси, добиваясь получения пропитки и упрочнения грунта / см. ГОСТ 23278-78 Грунты. Методы полевых испытаний проницаемости /.

Пример №2.

Способ используют для повышения несущей способности сборных железобетонных забивных свай 12, погруженных в грунт и опирающихся концами на песчаное основание 11. Сваи при изготовлении на заводе ЖБК оснащаются продольным отверстием 13, которое используется в качестве инъектора для подачи в грунтовое основание сваи крепительного раствора из емкости 5 и сжатого воздуха из компрессора 9. Нагнетание воздуха компрессором 9 позволяет увеличить радиус закрепления и снизить расход крепительного раствора, а горячий воздух позволяет, кроме того, интенсифицировать процесс полимеризации крепительного раствора. После введения в грунт проектного объема крепительного раствора и выдержки времени для набора прочности, свая получает дополнительный ресурс несущей способности, в 1.5-2.5 раза превышающий исходный.

Пример №3.

Закрепление грунта в зоне корня инъекционного грунтового анкера 14. При устройстве грунтового анкера для поддержания «стены в грунте» и ограждений котлованов через инъекционную трубку 13 подают крепительный раствор 5 и закрепляют прилегающий объем грунта 15 слабым раствором, а корень анкера создают из концентрированного крепительного раствора.

Пример №4.

Повышение прочностных характеристик грунта в откосе без нарушения проницаемости. Поверхностная или глубинная пропитка разбавленным до 1:8-1:10 крепительным раствором позволяет склеивать частицы грунта, оставляя свободным поровое пространство для фильтрации воды. Это позволяет избежать проявления барражного эффекта и создания подземной плотины. Регулируя плотность пропитки можно добиться создания массива, приемлемого для произрастания травы и деревьев.

Источники информации

1. Пособие к СНиП 3.02.01-83 «Пособие по химическому закреплению грунтов инъекцией в промышленном и гражданском строительстве». М., Стройиздат, 1986.

2. Рекомендации по газовой силикатизации песчаных и лессовых грунтов. М., Стройиздат, 1973 / прототип /.

3. Патент РФ №2365608, кл. C09D 163/00, опубл. 27.08.2009.

1. Способ закрепления грунтов, включающий последовательное нагнетание в грунтовый массив газа и крепительного раствора, отличающийся тем, что предварительно готовят крепительный раствор - водную эмульсию смеси эпоксидных смол с отвердителем, после чего в грунтовый массив для вытеснения из пор грунтовой воды нагнетают сжатый воздух под давлением 0.1-0.3 МПа, затем в поровое пространство нагнетают крепительный раствор под давлением 0.1-0.2 МПА и производят опрессовку путем повторного нагнетания сжатого воздуха, после чего осуществляют повторное нагнетание следующей порции крепительного раствора.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве крепительного раствора используют водную эмульсию смеси эпоксидных смол «Эпитал-Импрегнат».

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что крепительный раствор перед нагнетанием в грунтовый массив нагревают до температуры 60-75°C.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в крепительный раствор из водной эмульсии смеси эпоксидных смол добавляют катализатор для ускорения процесса полимеризации.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в крепительный раствор из водной эмульсии смеси эпоксидных смол добавляют микроцемент в количестве 5-40% от веса раствора.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что крепительный раствор готовят из смеси эпоксидных смол, отвердителя при соотношении компонентов 1:(0,1-10) по весу и воды.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к горной промышленности и может использоваться при разработке месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства. Технический результат - обеспечение безопасных условий горных работ при увеличении прочности закладки на растяжение.

Изобретение относится к области строительства, а именно к составам для инъекционного закрепления грунтов, преимущественно лессовых, в основании существующих и вновь строящихся зданий и сооружений.

Изобретение относится к фундаментостроению, предназначено для вдавливания в слабый водонасыщенный грунт природного или искусственного сложения мелкозернистого бетона или пескобетона на необходимую глубину для его закрепления и упрочнения.

Изобретение относится к области строительства, а именно к составам для инъекционного закрепления лессовых грунтов в основании существующих и вновь строящихся зданий и сооружений.

Изобретение относится к области реконструкции строительных сооружений. Раствор для предварительного нагнетания в грунты оснований при устранении деформаций зданий и сооружений, содержащий смесь воды и сухих ингредиентов на минеральной основе при следующем соотношении, мас.%: микроцемент (типа микродур) 20-50; коллоидный кремнезем 5-15, гидратная известь Са(ОН)2 10-25; минеральный микронаполнитель, например карбонатная мука, 20-50; регулятор вязкости суспензии, например суперпластификатор С-3, до 2% от массы вяжущего; водоудерживающая добавка, например метилцеллюлоза, до 5% от массы вяжущего.

Изобретение относится к дорожному строительству и может быть использовано для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог. Техническим результатом является повышение морозостойкости и прочности материалов из грунтовых, песчаных, и щебеночно-песчаных смесей, а также экономической эффективности строительства.

Группа изобретений относится к кондиционированию грунта при работе туннелепроходческих механизированных комплексов ТПМК в забое, консолидации и стабилизации плывунных водонасыщенных грунтов.
Изобретение относится к строительству и может быть использовано для укрепления грунтовых оснований фундаментов строящихся и восстанавливаемых зданий и сооружений методом инъектирования.

Группа изобретений относится к области невозвратных клапанов для трубчатых крепящих элементов и предназначена для крепления грунта и ему подобной породы. Невозвратный клапан для трубчатого крепящего элемента содержит участок (4, 104) клапана, выполненный из эластомерного материала, имеющий по меньшей мере один разрез (41, 42, 43, 44, 150), который под воздействием находящейся под давлением текучей субстанции открывается наружу.

Изобретение относится к горной промышленности и может использоваться при разработке месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства. Технический результат - обеспечение безопасных условий горных работ при минимизации относительной деформации усадки закладочного массива.
Наверх