Искусственное закрепление грунтов

Выполнила: студентка группы Б-31 Агаркова Валерия

        Искусственное закрепление грунтов 

Искусственное закрепление  грунтов представляет собой совокупность воздействий на грунт, в результате чего повышается прочность, он становится неразрываемым, а в некоторых случаях и водонепроницаемым. 
Закрепление грунтов применяется при создании вокруг разрабатываемых выемок водонепроницаемых завес или повышении несущей способности грунтовых оснований. В зависимости от физико-механических свойств грунта,  его состояния требуемой степени и назначения закрепление применяют замораживание, цементирование, битумизацию, химические, термический, электрический, электрохимический и другие способы искусственного закрепления грунтов.

Замораживание грунтов 
Замораживание грунтов применяют в сильно водонасыщенных грунтах, (их еще называют плавунами.) при разработке глубоких выемок. По периметру котлована погружают замораживающие колонки из труб, соединенных между собой трубопроводом, по которому нагнетается специальная жидкость рассол (растворы солей с низкой температурой замерзания), охлажденный холодильной установкой до -20…-25̊ С. Для охлаждения рассола в холодильной установке применяют так называемые хладагенты (аммиак, реже углекислоты). 
Способ замораживания не лишен недостатков:

1)Сохранение эффекта лишь на период действия замораживающей установки;

2)Длительный процесс естественного оттаивания;

3)Повышенная влажность грунта, за счет миграции воды из теплых слоев грунта к охлажденным. 
Однако технология замораживания и технические средства для его выполнения достаточно отработаны и поэтому, несмотря на недостатки, этот способ  широко применяются.

Цементация и битумизация  
Цементация и битумизация заключается в инъецировании цементного раствора или разогретых битумов. Эти способы применяют  для пористых грунтов с высоким коэффициентом фильтрации, а также трещиноватых скальных пород.

Химический способ 
Химическим способом закрепляют песчаные и лессовые грунты посредством нагнетания в них через инъекторы химических растворов. 
Химический способ может быть двух- и однорастворный. 
Двухрастворное закрепление заключается в последовательном нагнетании в грунт сначала водного раствора силиката натрия (Na₂SiO₃), а затем хлористого кальция CaCl₂. Растворы вступают в реакцию и образуют гель кремниевой кислоты nSi₂OmH₂O, который обволакивает зерна грунта и, твердея, связывает их в монолит. Этот способ применяется в хорошо дренирующих грунтах  с коэффициентом фильтрации больше 2 м/сутки. При этом прочность грунта достигает 1,5….3 МПА 
Однорастворное закрепление – это смесь силиката натрия и отвердителя. Этот способ применяют для слабодренирующих грунтов с коэффициентом фильтрации неменее 0,3 м/сутки. Прочность закрепления грунта получается 0,3…..0,6 МПа.

Термическое закрепление 
Термическое закрепление применяют для лессовых грунтов, заключается в обжиге раскаленными газами, нагнетаемыми через скважину в поры грунта. Газы образуются при сжигании жидкого или газообразного топлива, подаваемого в толщу грунта вместе с воздухом через жаропрочные трубы в пробуренную скважину.

Электрический способ 
Электрическим способом закрепляют влажные глинистые грунты. Способ заключается в использовании метода элетротермоса, для чего через грунт пропускают постоянный электрический ток с напряженностью поля 0,5…1 В/см и плотностью 1….5 А/м².При этом глина осущается, уплотняется и теряет способность к пучению.

Электрохимический способЭлектрохимический способ отличается от электрического тем что вместе с электрическим током в грунт вводят через трубу, являющуюся катодом и служащую инъектором, растворы химических добавок, увеличивающие проводимость тока (силикат натрия, хлористый кальций, хлористое железо и другие). Благодаря этому интенсивность процесса закрепления грунта возрастает. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                Крепление стенок выемок 
 
При разработке выемок в водонасыщенных грунтах или в стесненных условиях, когда при этом невозможно обеспечить требуемое заложение откосов, вертикальные стенки закрепляют специальными временными креплениями. Временная крепь может быть выполнена в виде деревянного или металлического шпунта, деревянных щитов с опорными стойками, щитов с распорными рамами и других конструкций. 
Шпунтовые ограждения - наиболее дорогой способ - применяемый при разработке выемок в водонасыщенных грунтах. Вблизи существующих зданий и сооружений. Шпунт забивают до разработки  выемок, чем обеспечивают устойчивость и естественное состояние грунта за его пределами. 
Крепление консольного типа состоит из стоек-свай, заземленных нижней частью в грунте глубже дна выемки. Они служат опорами для щитов, непосредственно воспринимающих давление грунта. Крепление консольного типа непосредственно целесообразно при глубине выемки до 5 метров. В траншеях значительной глубины используют консольно-распорное крепление, отличающиеся от консольного тем, что между стойками в верхней их части перпендикулярно оси траншеи устанавливают распорки. 
Распорное или горизонтально-рамное крепление – наиболее простое в использовании – применяется при устройстве траншей глубиной до 4 метров в сухих или маловлажных грунтах. Крепление состоит из стоек, горизонтальных досок или дощатых (сплошных или несплошных) щитов и распорок, прижимающих доски или щиты к стенке траншеи. 
наиболее эффективны инвентарные распорные рамы из трубчатых стоек и распорок благодаря их малой массе, легкости монтажа и демонтажа. Металлические трубчатые стойки по высоте имеют отверстия для крепления распорок. Распорки телескопического типа состоят из наружных и внутренних труб, поворотной муфты и опорных частей. В зависимости от ширины траншеи расстояние между стойками устанавливают путем выдвижения внутренней трубы из наружной и фиксируют болтом, вставленным в отверстие труб. Для полного прижатия щитов к стенкам выемок поворачивают муфту с винтовой нарезкой. 
При отрывке широких котлованов может применяться подкосное крепление вертикальных стенок. Оно заключается в том, что щиты или доски прижимают к грунту стойками, раскрепленными подкосами и упорами. Подобное крепление используют ограниченно, так как подкосы и упоры, расположенные в котловане, усложняют производство работ. 
Необходимость и способ крепления стенок выемок устанавливается проектом производства работ. Во всех случаях временная крепь должна легко собираться и разбираться, быть прочной, воспринимать давление грунта и возможные дополнительные нагрузки от складируемых материалов  и машин без значительных деформаций, не стеснять рабочее место и обеспечивать безопасное производство работ.

 

 

    Водоотлив и понижение уровня грунтовых вод 
При устройстве выемок, расположенных ниже уровня грунтовых вод, необходимо осушать водонасыщеннный грунт, что бы обеспечить его разработку и предотвратить поступление грунтовых вод в котлован, траншею или подземную выработку на период осуществления в них строительных работ .Осушение грунта выполняется открытым водоотливом или исскуственным понижением грунтовых вод.

Водоотлив 
Водоотлив применяют при незначительном притоке воды в выемке. 
Осушенные выемки открытым водоотливом заключается в том, что при разработке котлована в водоносном грунте подошве выемки придают небольшой уклон к устранимому в самой пониженной части приямку. Приямки устраивают вне габаритов сооружения на расстоянии 3…10 метров друг от друга и заглубляют ниже основания сооружения на 0,5….0,6 м. Воду из приямков откачивают поршневыми, диафрагмовыми или центробежными насосами а затем отводят по лоткам или водоотводным канавам от выемки. Затем разработку котлована ведут наклонными слоями с заглубленным приямком. При разработке траншеи приямок устраивают в специальном отсеке траншеи – «усе». 
Открвтый водоотлив применяют в глинистых или песчаных пылевых грунтах с коэффициентом фильтрации менее 1 метра в сутки и отсутствия нижнего дна осушаемой выемки напорных грунтовых вод. Недостаток этого метода осушения – возможность разжижения грунта и выноса его частиц фильтрующейся водой. 

Понижение уровня грунтовых вод

Понижение уровня грунтовых  вод – более совершенный, но более  сложный метод борьбы с их притоком в выемки. Уровень грунтовых вод  понижается путем непрерывной откачки  из специальной скважины, сооружаемых  в массиве грунта. 
Для искусственного понижения уровня грунтовых вод разработан ряд эффективных способов,  основными из которых являются иглофильтрованый, вакуумный, электроосмотрический и открытых водопонизительных скважин.

 
При иглофильтровом способе искусственного понижения грунтовых вод используют игловильтровые установки, состоящие из стальных труб с фиксирующим звеном  в нижней части, водосборного коллектора и самовсасывающего вихревого насоса с электродвигателем. Стальные трубы погружают в обводненный грунт по периметру котлована или вдоль траншеи. 
применение иглофильтровых установок наиболее эффективное в чистых песках и песчано-гравельных грунтах. Наибольшее понижение уровня грунтовых вод, достигаемое в среднем одним ярусом иглофильтров, состоят около 5 метров. При большей глубине понижения применяют двухъярусные установки.

При вакуумном способе водопонижения применяют вакуумные водопонизительные установки, из которых наиболее распространенные установки с эжекторными иглофильтрами. Установки используют для понижения уровня грунтовых вод в малозернистых грунтах, в которых применение легких иглофильтровые установки нецелесообразно. При работе вакуумных водопонизительных установок вакуум возникает в зоне эжекторного иглофильтра. 
В ижекторной иглофильтровой установке вакуум создается в глубине иглофильтра, что обеспечивает более интенсивный отсос воды и имеет исключительно важное значение при осушке грунтов с незначительной фильтрационной способностью. Один ярус иглофильтровой установки позволяет уменьшить размер котлована или траншеи, а следовательно, и объем земляных работ.

Для  расширения области  применения иглофильтровых установок в грунтах с коэффициентом фильтрации не менее 0, 05 м/сутки используют явление электроосмоса. В этом случае наряду с иглофильтрами в грунт на расстоянии 0,5…1  м от иглофильтроф в сторону котлована погружают стальные трубы или стержни. Иглофильтры подключают к отрицательному (катод), а трубы или стержни – к положительному полюсу источника постоянного тока (анод).

Для понижения уровня грунтовых  вод на глубину 4 м и более применяют  открытые