1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Как способ производства строительных работ химическое закрепление грунтов в широком смысле слова представляет собой искусственное целенаправленное преобразование строительных свойств естественных грунтов их химической обработкой различными реагентами, основанной на реакциях взаимодействия реагентов между собой или с участием химически активной части грунтов. Такое закрепление грунтов обеспечивает необратимость и долговечность приобретенных ими свойств.
1.2. В зависимости от технологии химической обработки грунтов химическое закрепление имеет два направления:
инъекционное химическое закрепление, когда реагенты в виде растворов или газов вводятся в грунты в условиях их естественного залегания и без нарушения их структуры, нагнетанием под давление;
буросмесительное закрепление грунтов, когда оно осуществляется с нарушением их естественной структуры механическим перемешиванием грунтов с цементами или другими реагентами и добавками, с применением специальных механизмов.
1.3. Инъекционное закрепление распространяется на грунты, обладающие определенной водопроницаемостью, включая песчаные, крупнообломочные, трещиноватые скальные и полускальные грунты, а также просадочные лессовые грунты.
Буросмесительное закрепление распространяется в принципе на все нескальные грунты, включая глинистые, независимо от их водопроницаемости.
Инъекционное химзакрепление давно и прочно вошло в практику строительства. Буросмесительное закрепление находится в стадии становления, но уже сейчас способно успешно решать некоторые важные практические задачи.
Оба направления вместе дополняют друг друга и обеспечивают возможность закрепления всех без исключения грунтов в естественном залегании, что в значительной мере способствует разрешению проблемы строительства на слабых грунтах в сложных инженерно-геологических условиях.
1.4. Настоящее Пособие, разработанное в соответствии с требованиями действующих СНиП, распространяется на проектирование и производство работ по химическому закреплению грунтов при решении различных практических задач в области промышленного и гражданского строительства инъекционными способами силикатизации, смолизации и цементации.
1.5. Не подлежат инъекционному химзакреплению грунты, пропитанные нефтепродуктами, и водонасыщенные грунты при скоростях грунтовых вод св. 5 м/сут. Возможность химического закрепления засоленных грунтов устанавливается специальными исследованиями.
1.6. Инъекционное химзакрепление необратимо повышает механическую прочность и устойчивость, уменьшает сжимаемость и водопроницаемость грунтов, указанных в п. 1.3, а также устраняет просадочность при замачивании лессов и лессовидных грунтов, что обеспечивает широкие возможности его применения для решения многих практических задач в строительстве.
1.7. В промышленном и гражданском строительстве инъекционное химзакрепление грунтов применяется для:
усиления и устройства оснований, фундаментов вновь строящихся зданий и сооружений;
усиления оснований и фундаментов существующих зданий и сооружений;
устройства защитных стен и других подземных конструкций из закрепленных грунтов в качестве мероприятий против подвижек грунтов при их подработке горными выработками;
устройства подпорных стенок и укрепления откосов при вскрытии строительных котлованов и других открытых выработок;
повышения несущей способности свай и других опор;
в качестве временного мероприятия при проходке в слабых грунтах различных подземных выработок.
На рис. 1 - 8 схематически показаны различные случаи практического применения инъекционного химзакрепления грунтов.
1.8. С химической точки зрения в основе инъекционного химзакрепления грунтов лежит явление конденсации неорганических и органических полимеров (крепителей) при их взаимодействии с коагулянтами (отвердителями) и заключающееся в отверждении полимеров в порах и трещинах грунтов, чем обеспечиваются положительные изменения физико-механических свойств закрепляемых грунтов, указанные в п. 1.6.
В качестве крепителей применяют водные растворы силиката натрия (неорганический полимер), а также растворы карбамидных и других синтетических смол (органические полимеры) В качестве отвердителей применяют различные неорганические и органические кислоты, соли и химические добавки к ним, некоторые газы.
Закрепление грунтов на основе растворов силиката натрия независимо от применяемых отвердителей называется силикатизацией, на основе карбамидных смол - смолизацией, на основе цементных растворов - цементацией.
Участвующие в процессе закрепления грунтов химические вещества в растворах или газы называются закрепляющими реагентами.
Смесь растворов крепителей и отвердителей рабочих концентраций при однорастворном химзакреплении грунтов называется гелеобразующей смесью.
Рис. 1. (Опоры из силикатированного просадочного лессового грунта под вновь строящееся сооружение (на примере административного здания в Ташкенте)
1 - фундамент; 2 - незакрепленный грунт; 3 - закрепленный силикатизацией лесс; 4 - непросадочный грунт
Рис. 2. Технологические схемы инъекционного химзакрепления грунтов под фундаментами существующих зданий
1 - фундамент; 2 - инъекторы; 3 - закрепленные массивы по заходкам
Рис. 3. Схема инъекционного химзакрепления грунтов под фундаментами существующих зданий по горизонтальной технологии (на примере смолизации грунтов в основании церкви Ризположения в Московском Кремле)
а - план, б - разрез, в - схема манжетно-тампонного инъектора; 1 - инъекторы; 2 - технологические колодцы; 3 - закрепленный массив; 4 - остатки сгнивших уплотнительных свай «коротышей»; 5 - инъекторная перфорированная труба; 6 - тампон; 7 - резиновые обоймы
Рис. 4. Подводка фундаментов из химически закрепленных грунтов в качестве предупредительного мероприятия против осадок существующих зданий от выноса грунта при проходке подземных выработок (на примере Большого театра в Москве)
Рис. 5. Закрепление грунтов в основании существующих зданий при его подработке горной выработкой
I - V - последовательный порядок инъекции закрепляющих реагентов (на примере здания на проспекте Маркса, бывшей Моховой улице в Москве)
1.9. С технологической точки зрения инъекционное химзакрепление заключается в нагнетании под давлением в поры грунтов в их естественном залегании отверждающихся и закрепляющих грунты различных химических реагентов в виде двух отдельно нагнетаемых растворов (двухрастворный способ), одного раствора (однорастворный однокомпонентный способ), одного раствора и газа (двухкомпонентные газовые способы), гелеобразующих смесей из двух компонентов (однорастворные двухкомпонентные способы).
Рис. 6. Устройство подпорных стенок из химически закрепленных грунтов (на примере работ по реконструкции Новолипецкого металлургического завода)
1 - инъекторы; 2 - водосборник в котловане; 3 - подпорные стенки из закрепленного грунта; 4 - опускные колодцы; 5 - существующая термическая печь
Рис. 7. Устройство защитных стенок из химически закрепленных грунтов против осадок существующих зданий при проходке подземных выработок
Рис. 8. Опережающее инъекционное химзакрепление грунтов при проходке подземных выработок
1 - тоннель; 2 - закрепленный грунт; 3 - инъекторы; 4 - водонасыщенный песок; 5 - моренный суглинок
Нагнетание закрепляющих реагентов в грунты осуществляется насосами, сжатым воздухом из специальных пневмобаков или из газовых баллонов, преимущественно по технологии с вертикальным и наклонным заглублением сверху вниз инъекторов или инъекционных скважин с открытой поверхности земли, с отмосток или из внутренних помещений (условно-вертикальная технология). На рис. 2, 4, 5, 6 и 7 показаны характерные примеры закрепления грунтов по этой технологии.
Если выполнение инъекционных работ при закреплении грунтов под существующими зданиями и сооружениями по технологии с вертикальным заглублением сверху вниз инъекторов и скважин в силу стесненных условий или по иным причинам невозможно, то инъекционные работы производятся по технологии с горизонтальным заглублением инъекторов и скважин из специально пройденных и оборудованных технологических выработок (траншей, штолен, колодцев); для предупреждения деформаций сооружений в этих условиях в результате возможных подвижек и разуплотнения грунтов под фундаментами стенки технологических выработок, обращенные к сооружению, предварительно подвергаются химзакреплению (условно-горизонтальная технология). На рис. 3 показан пример применения этой технологии из двух технологических колодцев.
1.10. При закреплении грунтов под существующими зданиями и сооружениями с ветхими фундаментами в качестве вспомогательного мероприятия против вероятных утечек закрепляющих реагентов через полости и трещины в кладке при нагнетании предусматривается предварительная цементация фундаментов на контакте подошвы с основанием (вспомогательная цементация).
1.11. Для закрепления грунтов в промышленном и гражданском строительстве применяются специально разработанные и опробованные опытом инъекционные химические способы согласно табл. 1. Каждый из способов имеет свою область применения, ограниченную величинами коэффициента фильтрации - для песчаных грунтов и значениями коэффициента фильтрации, емкости поглощения и степени влажности - для просадочных лессовых грунтов. Выбор способов закрепления для конкретных грунтов осуществляется, руководствуясь указанной таблицей, с учетом гранулометрического состава, номенклатуры, коэффициента фильтрации и других характеристик естественных грунтов, а также проектных требований к прочностным и деформационным свойствам закрепленных грунтов.
1.12. С целью повышения эффективности (прочности и радиуса) закрепления грунтов однорастворными способами силикатизации и смолизации, за исключением силикатизации просадочных лессовых грунтов, во многих случаях бывает целесообразно производить предварительную химическую обработку грунтов отвердителями. Вопрос о предварительной химической обработке решается в результате проведения специальных лабораторных исследований и опытных работ в натурных условиях по химзакреплению грунтов.
Таблица 1
Наименование способов и исходных реагентов
|
Реакция среды закрепляющих реагентов
|
Область применения
|
Экстремальные и средние значения прочности при одноосном сжатии, МПа
|
Номенклатура и некоторые характеристики грунтов
|
Коэффициент фильтрации грунтов, м/сут
|
Двухрастворная силикатизация на основе растворов силиката натрия и хлористого кальция
|
Щелочная
|
Пески гравелистые, крупные и средней крупности
|
5 - 80
|
(2 - 8)/5
|
Однорастворная двухкомпонентная силикатизация на основе растворов силиката натрия и кремнефтористо-водородной кислоты
|
»
|
Пески средней крупности, мелкие и пылеватые, в том числе карбонатные
|
0,5 - 20
|
(1 - 5)/3
|
Однорастворная однокомпонентная силикатизация просадочных грунтов на основе одного раствора силиката натрия
|
»
|
Просадочные лессовые грунты, обладающие емкостью поглощения не менее 10 мг-экв/100 г грунта и степенью влажности не более 0,7*
|
Не менее 0,2*
|
(0,5 - 3,5)/2
|
Газовая силикатизация на основе раствора силиката натрия и углекислого газа
|
»
|
То же, но степень влажности не более 0,75*
|
Не менее 0,2
|
(0,5 - 3,5)/2
|
Пески средней крупности, мелкие и пылеватые, в том числе карбонатные
|
0,5 - 20
|
(1 - 5)/3
|
Однорастворная двухкомпонентная силикатизация на основе раствора силиката натрия и формамида с добавкой кремнефтористо-водородной кислоты
|
»
|
Пески средней крупности, мелкие и пылеватые, в том числе карбонатные
|
0,5 - 25
|
(1 - 3)/2
|
Однорастворная двухкомпонентная силикатизация на основе раствора силиката натрия и ортофосфорной кислоты
|
Кислая
|
Пески средней крупности, мелкие и пылеватые
|
0,5 - 10
|
(0,2 - 0,5)/0,35
|
Однорастворная двухкомпонентная силикатизация на основе раствора силиката натрия и алюмината натрия
|
Щелочная
|
Пески средней крупности, мелкие и пылеватые, в том числе карбонатные
|
0,5 - 10
|
(0,2 - 0,3)/0,25
|
Однорастворная двухкомпонентная смолизация на основе растворов карбамидных смол марок М, М-2, М-3, МФ-17 и соляной кислоты
|
Кислая
|
Пески всех видов - от гравелистых до пылеватых, кроме карбонатных
|
0,5 - 50
|
(2 - 8)/5
|
Однорастворная двухкомпонентная смолизация на основе растворов карбамидных смол марок М, М-2, М-3 и МФ-17 и щавелевой кислоты
|
»
|
Пески всех видов - от гравелистых до пылеватых, в том числе некоторые карбонатные, согласно результатам специальных исследований
|
0,5 - 50
|
(2 - 8)/5
|
Цементация
|
Щелочная
|
Пустоты, полости в грунтах всех видов. Крупнообломочные и некоторые гравелистые песчаные, трещиноватые скальные и полускальные грунты
|
Для скальных и полускальных удельное водопоглощение > 0,01 л/мин×м2, для прочих > 50
|
|
* При других значениях характеристик возможность применения силикатизации устанавливается опытным путем.
Примечание. До черты - экстремальные значения прочности закрепленных грунтов, за чертой - средние.
1.13. Производство работ по химзакреплению грунтов допускается только по утвержденному проекту, увязанному с проектом сооружения. Внесение в проект изменений, вызванных несоответствием заложенных в проекте данных инженерных изысканий с действительными, должно быть согласовано с проектной организацией.
1.14. Исходя из опыта практического применения инъекционного химзакрепления грунтов в строительстве, проектирование этого вида работ, в зависимости от объема закрепления и сложности устройств из закрепленных грунтов, может осуществляться двояко: в два этапа - при больших объемах закрепления и сложных устройствах, и одноэтапно - при небольших и менее сложных устройствах.
1.15. На первом этапе производится проектная проработка химзакрепления грунтов наряду с другими возможными решениями (общестроительное проектирование), в результате которой делается выбор варианта. Проектной проработке на этом этапе предшествуют типовые инженерные изыскания согласно действующим СНиП и пособий по проектированию оснований, а также другим источникам, содержащим табличные данные прочностных и деформационных характеристик закрепленных грунтов.
Проектом сооружения на первом этапе определяется тип (вид) основания, фундамента или какой-либо иной заглубленной конструкции из закрепленных грунтов и устанавливаются формы и расчетом - геометрические параметры закрепляемого массива, требования к прочностным и деформационным свойствам закрепленных грунтов и допускаемые напряжения в закрепленном массиве от действующих нагрузок. Так как при проектировании на первом этапе в расчетах используются табличные весьма приближенные прочностные и деформационные характеристики закрепленных грунтов, проект сооружения на этом этапе носит предварительный (эскизный) характер и подлежит уточнению по результатам специальных исследований на втором этапе.
На втором этапе осуществляется разработка проекта закрепления грунтов по созданию заданных общестроительным проектом сооружения закрепленных массивов (специальное технологическое проектирование). Этому этапу проектирования предшествуют соответствующие специальные изыскания и исследования. Исследования и проектирование на втором этапе выполняются, руководствуясь соответственно третьим и четвертым разделами настоящего пособия.
1.16. При одноэтапном проектировании общестроительное и специальное технологическое проектирование объединяются в едином рабочем проекте, который разрабатывается организацией, имеющей подразделение по специальным видам работ. Разработка проекта закрепления грунтов в этом случае осуществляется с использованием типовых и специальных изысканий и исследований.
1.17. При проектировании и производстве работ по химзакреплению грунтов должны быть предусмотрены мероприятия по контролю качества закрепления согласно разд. 6 настоящего пособия. Эти мероприятия направлены на контроль качества исходных химических и других материалов и рабочих закрепляющих реагентов, проверку заложенных в проект расчетных параметров и технических условий на производство работ, а также на контроль исполнения проектных расчетных параметров закрепления.
1.18. Учитывая, что химическое закрепление грунтов, связанное с применением химических веществ, в той или иной мере токсично, при производстве этих работ кроме соблюдения требований противопожарной охраны и техники безопасности, предусмотренных действующим СНиП по технике безопасности в строительстве, должны также выполняться специальные требования по технике безопасности и охране окружающей среды, изложенные в разд. 7 настоящего пособия.
1.19. До производства работ по химзакреплению грунтов должно быть уточнено и учитываться в работах расположение подземных коммуникаций (водопровода, канализации, кабельной сети, телефона, газа и др.), а также расположение и состояние сооружений, находящихся вблизи места закрепления.
|
