Материал: 2420
новатых скальных грунтах, залегающих под толщей неустойчивых водоносных грунтов, с притоком подземных вод более 50 м3/ч.
В настоящее время применяют два способа искусственного замораживания грунтов: рассольный, безрассольный.
ущность рассольного способа заключается в том, что по контуру будущего подземного сооружения забуривают вертикальные наклонные или Сибгоризонтальные замораживающиеАскважиныДИдиаметром 120–150 мм, располагая их на расстоянии 0,8–1,5 м. В скважины помещают замораживающие колонки д аметром 114 мм и питающие трубки диаметром 25–37 мм, по которым ц ркул рует охлажденный до 253–248 К рассол – раствор хлористого кальц я (СаСl2). Иногда в виде хладоносителя используют раствор хлористого натр я, углекислоту, фреон-30 и др. Вода в порах грунта, окружающая каждую скважину, постепенно замерзает и образует ледогрунтовые ц л ндры рад усом 1–1,5 м. Иногда они смыкаются между собой, создавая плотную водонепроницаемую сплошную мерзлотную завесу, под
защитой которой ведут ра оты по проходке подземной выработки. Рассольный способ замораживания грунтов требует применения слож-
ного оборудован я, не всегда о еспечивает сплошность ледяного заграждения. Процесс замораж вания длителен.
Безрассольный способ основан на получении холода за счет испарения сжиженных газов непосредственно в замораживающих скважинах. При этом в качестве носителя холода используются жидкий азот, пропан, фре- он-12, фреон-22, аммиак. Применяя жидкий азот, имеющий температуру 77 К, можно в несколько раз сократить время замораживания и уменьшить толщину ледяного слоя.
При безрассольном способе отпадает необходимость в использовании специального хладоносителя, сокращается время замораживания, обеспечивается пожаробезопасность. К недостаткам следует отнести большой расход азота (300–1200 кг/м3 грунта) высокую стоимость работ. Поэтому этот способ применяют при быстрой ликвидации внезапных прорывов воды в подземных выработках.
Толщину ледогрунтовой стенки определяют по формуле
0,67 qmax ,
где qmax – максимальная интенсивность горизонтального давления грунта и воды на стену; γ – плотность массы грунта.
При строительстве подземных сооружений закрытым способом чаще всего применяют контурное замораживание. Вертикальные или наклонные скважины забуривают с поверхности земли до водоупора вдоль оси выработки для того, чтобы изолировать тоннель от проникновения воды.
76
Технология работ и применяемое оборудование. Перед заморажива-
нием бурят скважины, затем монтируют трубопроводы и холодильные установки. Для бурения скважин применяют буровые станки типов ЗИФ-650А, УРБ-3АМ и др. Отклонение от проектного положения вертикальных скважин не должно превышать 1%.
При рассольном способе замораживающие рассолы производят на ста- СибАДИционарных станциях, в состав которых входят компрессор, конденсатор, испаритель, регулирующий вентиль, насосное оборудование, система трубопроводов пускорегулирующая аппаратура. Схема замораживания
грунтов при прокладке тоннелей под рекой приведена на рис. 6.3.
Рис. 6.3. Схема замораживания грунтов при прокладке тоннелей под рекой: 1 – замораживающие колонки; 2 – ледогрунтовая плита;
3 – перегонные тоннели
На небольших участках применяют передвижные замораживающие установки типов ПКС-1 ПКС-2, состоящие из двух аммиачных компрессоров ДАУ-50 на автоприцепах МАЗ-35224.
Контрольные вопросы
1.Когда используется открытый водоотлив?
2.Какова технология открытого водоотлива?
3.Какие существуют способы осушения и закрепления грунтов?
4.Какова технология водопонижения при помощи иглофильтров?
5.Какие иглофильтровые установки используются для водопонижения?
77
6. Что входит в состав иглофильтровых устнвок?
7. Какова область применения установок вакуумного водопонижения УВВ-2?
8. Когда применяют водопонижение с помощью эжекторных установок?
9. В каких грунтах применяют водопонижающие скважины?
10. Какова область применения электроосмотического водопонижения?
11. |
На какую глубину можно понизить уровень грунтовых вод с ис- |
|
пользованием электроосмоса? |
||
12. |
Как е существуют способы замораживания грунтов? |
|
13. |
Какова сущность безрассольного способа замораживания грунтов? |
|
14. |
Какова сущность рассольного способа замораживания грунтов? |
|
15. |
В как х слущаях применяются способы замораживания грунтов |
|
С |
нженерных сетей? |
|
|
стро тельстве |
|
16. |
Как е замораж вающие рассолы применяются при замораживании |
|
грунтов? |
|
|
при |
||
7. ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ З КРЕПЛЕНИЯ ГРУНТОВ |
||
При стро тельстве |
нженерных сетей возникают ситуации, когда не- |
|
обходимо закрепить сла ые грунты от размыва водой, предотвратить спол- |
||
|
бА |
|
зание грунтов, придать грунту прочность и водонерастворимость.
Для защиты от неравномерных осадок фундаментов зданий, расположенных вблизи от строящихся проходных коллекторов или тоннелей мет-
ро, получили широкое распространение различные способы химического закрепления грунтов. В настоящее время разработаны следующие способы закрепления грунтов: цементация, глинизация, битумизация, силикатиза ция, смолизация и электрохимические способы [26].
В результате цементации цементирующимиИрастворами повышается несущая способность основания. Для цементации можно использовать цементные, цементно-песчаные или цементоглинистые растворы. В каждом конкретном случае необходимо выбирать состав раствора, водоцементное отношение (В/Ц), которое может изменяться от 1 до 0,4.
7.1. Цементация |
Д |
|
|
Цементация грунтов как способ представляет собой заполнение пустот, |
|
трещин, крупных пор в крупнообломочных грунтах цементным или це- |
|
ментоглинистым раствором, образующим со временем твердый цементный |
|
или цементоглинистый камень.
78
Водоцементные растворы должны обладать следующими характеристиками:
- подвижность раствора по конусу – 10–14 см; - водоотделение в течение 2 ч – 0–2%;
- прочность при сжатии Rсж в возрасте 28 суток – 1–2 МПа; - исходная плотность растворов – 1,6–1,85 г/см3.
Цементоглинистые растворы не расслаиваются, водоустойчивы, не размываются водой в период твердения. Прочность тампонажного раствора дост гает 1,5–3 МПа.
7.2. Гл н зац я |
|
С |
|
Наряду со спосо ом цементации существует способ применения там- |
|
понажного раствора в в де чистых глинистых растворов, которыми запол- |
|
няют карстовые пустоты только для сухих пород. Через пробуренные |
|
скваж ны гл н |
растворами заполняют пустоты, в которых эти рас- |
творы находятся в течен е нескольких суток под гидравлическим напором. |
|
стыми |
|
При гл н зац |
пр меняют глинистые растворы плотностью |
1,2–1,3 г/см3 |
создают давление олее 2 МПа. Вода из глинистых раство- |
бА |
|
ров отжимается, о езвоженное глинистое тесто плотно заполняет пустоты |
|
и придает породе водонепроницаемость. Для отжима воды из глинистых |
|
растворов иногда используют насосы, работающие под напором. Успешное закрепление глинистыми растворами зависит от свойств глины и рецептур. Закреплению лучше поддаются гравелистые трещиноватые грун-
ты с Кф=50–500 м/сут. Д
7.3. Битумизация
В трещиноватых скальных и полускальных породах применяют для их закрепления способ горячей битумизации. ЭтотИспособ состоит в нагнетании через пробуренные скважины расплавленного битума, который обволакивает породу, остывает и придает грунту водонепроницаемость. Остывание битума происходит медленно из-за его слабой теплопроводности. Радиус битумизации колеблется от 0,75 до 1,5 м. При использовании этого способа битум не может заполнить трещины с раскрытием менее 1 мм. Усадка остывшего битума составляет до 12%, что снижает водонепроницаемость. Для придания водонепроницаемости песчаным грунтам разработан способ холодной битумизации с применением битумных эмульсий. При этом частицы битумной эмульсии могут проникать в поры грунта, когда их диаметр в 25–35 раз меньше среднего размера частиц грунта.
79
7.4. Силикатизация
Метод впервые применен при строительстве Московского метрополитена. Метод основан в нагнетании под давлением через металлическую перфорированную трубу различных силикатных растворов и отвердителей (хлористого кальция и др.). В результате химической реакции между грунтом, силикатными растворами и отвердителем в порах грунта образуется гидрогель кремниевой кислоты, и грунт быстро и прочно закрепляется. Закрепленный грунт обладает также водонепроницаемостью. Существует не-
сколько способов с л |
катизации: однорастворная, газовая, электросилика- |
тизац я. |
|
Однорастворная с |
л катизация основана на введении в грунт гелеоб- |
С |
|
разующего раствора, состоящего из двух или трех компонентов, с вязко- |
|
стью, бл зкой к вязкости воды с замедленным (заранее заданным) време- |
|
нем гелеобразован я. Благодаря этим свойствам, раствор может закреплять |
|||
мелкие пески с коэфф циентом фильтрации 0,5–5 м/сутки, сообщая им не- |
|||
|
ную механ ческую прочность (0,2–0,3 МПа) и практическую во- |
||
значитель |
|||
донепрон цаемость. |
располагает немалым количеством рецептур |
||
закрепляющ х растворов. К ним относятся: |
|||
- |
силикатно-фосфорнокислая; |
||
- силикатно-алюмосернокислая; |
|||
- |
Способ |
||
силикатно-фтористосернокислая; |
|||
- |
алюмосиликатная. |
|
|
|
|
Асуанской |
|
Из них наиболее широко используется алюмосиликатная. Алюмосили- |
|||
катные растворы в объеме 68 тыс. м3 были введены в тело противофильт- |
|||
рационной завесы |
|
плотины. |
|
Особое место среди рецептур занимает силикатно-кремнефтористо- |
|||
водородная. Компонентами закрепляющего раствора являются силикат на- |
|||
трия |
и кремнефтористоводородная кислота повышенной концентрации |
||
(соответственно 1,1 и 1,3 г/см3). Этот способ придает грунту прочность |
|||
2,0–4,0 МПа и может быть примененДдля закрепления мелких песков с це- |
|||
лью увеличения их несущей способности и водонепроницаемости. Способ |
|||
экономичный и эффективный. И Для закрепления лессовидных грунтов и ликвидации просадочных яв-
лений в грунте применяют способ однорастворной силикатизации. В лессовидный грунт вводится раствор силиката натрия плотностью 1,05 – 1,17 г/см3 без отвердителя, поскольку сам грунт является активной
средой. В результате взаимодействия силиката натрия с поглощающим комплексом грунта в порах грунта образуется нерастворимая твердая фаза гидроокиси кальция и адсорбированный на нем гель кремнекислоты SiО2, что придает грунту водонепроницаемость и прочность до 0,6–2,0 МПа.
80