УДК 624.1

МЕТОДЫ УКРЕПЛЕНИЯ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ

Прокопов Алексей Борисович1, Маслов Сергей Александрович2, Золотухин Сергей Николаевич3
1Воронежский государственный технический университет, студент группы мЭСК-181 строительного факультета
2Воронежский государственный технический университет, студент группы мЭСК-181 строительного факультета
3Воронежский государственный технический университет, профессор кафедры строительных конструкций, оснований и фундаментов

Аннотация
В работе рассматриваются различные методы укрепления глинистых грунтов. Это очень важная тема для всего строительного сообщества. Актуальность этому придает факт того, что при укреплении глинистых грунтов повышается эффективность строительства. То есть, одно и то же здание можно построить за меньшие средства и с применением меньшего количества материала. Этот факт заинтересует не только российских заказчиков, а будет интересен потребителям во всем мире. Ведь это не только вопрос материальной выгоды, а еще и большая надежность здания.

Ключевые слова: , , ,


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Прокопов А.Б., Маслов С.А., Золотухин С.Н. Методы укрепления глинистых грунтов // Современные научные исследования и инновации. 2019. № 12 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2019/12/90939 (дата обращения: 04.02.2020).

Актуальность темы

Тема укрепления грунтов будет актуальна для представителей строительной сферы постоянно. Это актуально для грунтов с высоким уровнем грунтовых вод, большим количеством плывунов и так далее. Ведь при одинаковых условиях, грунт, который укреплен инженерными и геологическими методами, будет способен выдерживать большую нагрузку от фундамента здания.

Также, укрепление грунта происходит при его перемешивании с укрепляющими добавками. Перемешиваясь, грунт становится однородным и обладает повышенными техническими характеристиками.

Если грунт становится прочнее, то при одинаковой нагрузке от здания, можно использовать фундамент меньшего размера или выбрать другой, менее затратный вид фундамента. Это дает снижение экономической составляющей строительства.

Так как для конечного потребителя стоимость строительства снижается, то это дает конкурентное преимущество компании, которая применяет методы укрепления грунта. Отсюда следует, что эта тема актуальна не только для строительства, но и должна заинтересовать всех людей в целом.

 

Все грунты можно условно подразделить на абсолютно надёжные, ненадёжные и малонадёжные. Абсолютно надёжные грунты представляют собой очень плотный слой, который способен выдержать любые нагрузки от фундамента. Малонадёжные грунты чаще всего требуют уплотнения для повышения несущей способности и снижения деформируемости. На сегодняшний день существует множество методов закрепления грунта, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Чаще всего область применения метода так или иначе ограничена типом грунта. К малонадёжным грунтам относится глинистые грунты.

Для повышения несущей способности и снижения деформаций глиняных оснований существует множество способов укрепления. Разделим эти способы на следующие три группы; механические методы укрепления, связанные с армированием грунта; химические методы укрепления грунта, которые связаны с добавлением растворов в грунт.

Первая рассматриваемая группа – физические методы закрепления глиняных грунтов. Основными способами укрепления глиняных грунтов при физическом воздействии являются: термическое укрепление, замораживание.

Сущностью термическое укрепление грунта является преобразование структурных связей в грунте под воздействием высоких температур. Осуществляется либо нагнетанием в грунт под давлением воздуха, подогретого до температуры 600–800 °С, либо в результате сжигания топлива (солярное масло, мазут, природный газ и т.д.) в герметически закрытых скважинах, пробуренных для этой цели. После закрепления возрастают прочность и водостойкость грунтов, а также устраняются их просадочные свойства. Для такого метода подходят неводонасыщенные пылевато-глинистые грунты. Преимуществом данного способа является относительно быстрый набор прочностных характеристик. Недостатком является сложность и дороговизна данного метода.

Искусственное замораживание используется для того, чтобы избежать проникания грунтовой воды или водонасыщенных неустойчивых грунтов в сооружаемую выработку, которое создает прочное ограждение, имеющее в плане круглую или прямоугольную форму из замороженного грунта. Чтобы грунты замораживались, по большей части используют холодильный агент или хладагент (чаще всего охлажденный водный раствор хлористого кальция). Недостатком также является сложность данного метода. Его используют, в основном, только в лабораториях МГУ и в шахтах.

Вторая группа – механические способы укрепления грунтов. Механические методы предполагают внедрение в грунт элементы из различных материалов, обладающих высокой прочностью при работе на растяжение. Для глиняных грунтов подходят такие способы, как забивка свай, применение волокнистых материалов.

Использование волокнистых материалов, а именно – геосинтетиков, для укрепления грунтовых оснований в настоящее время стало популярным. Этому способствует их большое разнообразие, простота и эффективность технологии. Существует несколько разновидностей геосинтетических материалов. Например, геосетка, георешётка и т.д. Они используются прежде всего для армирования грунтовых оснований с целью укрепления, учитывая их особое строение, когда зажатый между ячейками георешетки грунт не может перемещаться от действующих нагрузок и все растягивающие напряжения передаются на георешетку. Преимуществом данного метода является простота производства работ, применение в стесненных условиях, экологичность, низкая материалоемкость и экономичность метода.

Усиление массива грунта может быть также осуществлено при помощи свай. С этой целью используются различные типы свай. Конструкции свай, применяемых для усиления грунтов, и технологии их устройства постоянно совершенствуются. Усиление сваями является одним из наиболее простых с технологической точки зрения способов и позволяет обеспечить значительную экономию материалов по сравнению с полной выемкой слабых грунтов и заменой их на более прочные. Преимуществом метода является экономия материалов (изготавливают любой длины), возможность производства работ вблизи зданий и сооружений, отсутствие значительных динамических воздействий.

Строительство в сложных гудротехнических условиях требует особого профессионализма, поэтому особенно важно выбирать надежных исполнителей. В ВГТУ на кафедре Строительных Конструкций, Оснований и Фундаментов работает много преподавателей в этом направлении. Ими было предложено применить метод объемного усиления грунта основания на набережной Массалитинова в г.Воронеже.

Основные этапы этого способа:

  1. Разработка котлована.
  2. Добавление цемента и воды.
  3. Введение шлака.
  4. Перемешивание компонентов.

В результате этого, техника может начинать работу уже н второй день после мероприятий.

Также в лаборатории ВГТУ проводились испытания. В результаты прочность была в районе 4,5-7 МПа.

Третья рассматриваемая группа – химические методы закрепления грунтов, которые довольно популярны в наше время. Все химические процессы происходят вследствие химического взаимодействия реагентов, вводимых в грунт, между собой, а также с минеральными частицами. Экономическая целесообразность методов неоднозначна и требует тщательного анализа в каждом конкретном случае: с одной стороны, довольно дешевые растворы, с другой – дорогостоящее оборудование. Для глиняных грунтов подходят такие способы, как использование энзимов и струйная цементация

Метод укрепления грунтов с помощью энзимов используется для укрепления грунтов под линейные объекты строительства (дороги, железные дороги, трубопроводы и т.д.). Энзимы можно отнести к высокомолекулярным белкам. В полимерной структуре энзимов есть полости, которые включают гидрофобные и гидрофильные радикалы и группировки. Поверхностное натяжение воды уменьшается, если растворить в ней фермент, поскольку энзимы обладают свойствами поверхностно-активных веществ и действуют как гидрофобизаторы. В результате молекулярное и электростатическое взаимодействие между частицами грунта усиливается. Создается более плотный грунт, так как структура воды изменяется, что способствует ее интенсивному удалению. Из-за особого строения энзимов при их оседании на частицах грунта формируются прочные водородные связи. Преимуществом метода является экономия затрат на этапах строительства и эксплуатации.

На сегодняшний день встречается все больше информации о применении метода струйной цементации. Суть технологии состоит в одновременном разрушении грунта и смешивании его с цементным раствором, поступающим в грунт под большим давлением. В результате после затвердевания цементного раствора образуется другой материал – грунтобетон, который обладает качественными характеристиками (прочностными и деформационными). Устройство свай из грунтоцемента производится в два этапа – в стадиии прямого хода, и в стадии обратного хода буровой колонны. В первом этапе бурят лидерную скважину до проектной отметки. Во втором этапе подают цементный раствор под высоким давлением в форсунки монитора, находящимся на нижнем конце буровой колонны, и поднимают колонну, одновременно вращая ее. Можно выделить три вида технологии: 1. Однокомпонентная технология (Jet 1). Грунт разрушают струей цементного раствора под давлением 40–50 МПа. Эта технология требует минимального комплекта оборудования и считается на порядок проще, но диаметр получившихся свай также является наименьшим (0,6 м для глин и 0,7–0,8 для песчаных грунтов) по сравнению с другими вариантами технологии. 2. Двухкомпонентная технология (Jet 2). Для того чтобы увеличить длину водоцементной струи, в этом варианте используется энергия сжатого воздуха. С целью избежания перемешивания сжатого воздуха и цементной смеси используют специальные двойные полые штанги (по внешней полости подают цементный раствор, а по внутренним – сжатый воздух). Диаметр свай в глинах составляет около 1,2 м, а в песках – 1,5 м. 3. Трехкомпонентная технология (Jet 3) состоит из двух этапов. На первом этапе происходит размыв грунта водовоздушной струей для образования полостей. Второй этап предполагает заполнение полученных полостей цементно-песчаным раствором. Основным достоинством этого варианта является получение колонн, состоящих из чистого цементного раствора. К недостаткам относим сложность схемы, необходимость использования тройных штанг, а также другого дополнительного технологического оборудования. В результате возможны сваи диаметром 2,5 м. Технологическое оборудование, необходимое для данного метода, состоит из миксерной станции, цементировочного насоса высокого давления, силоса для хранения цемента и буровой установки. Для технологии Jet 2 дополнительно необходим компрессор, а для технологии Jet 3 – компрессор и второй насос для нагнетания цемента.

В каждом отдельном случае выбор того или иного метода индивидуален. Необходимо проанализировать его с разных сторон – будь то область применения, экономические составляющие или преимущества и недостатки. Кроме того, различные методы могут быть объединены, чтобы справиться с большим диапазоном ситуаций.

Вывод

Несмотря на то, что глина является малонадёжным грунтом, его можно использовать в качестве основания для фундаментов разной сложности. Современные технологии и методы укрепления грунтов приводят к увеличению энергоэффективности, снижению затрат и позволяют решать сложные инженерные задачи.

Поделиться в соц. сетях

0

Библиографический список
  1. «Специальные способы строительства выработок» Ю. А. Пшеничный. – Донецк: ДОННТУ, 2018. – 209 с.
  2. http://www.bkdelta.by/ru/technologies/cementaciya-gruntov-jet-grouting
  3. Клевеко В.И., Пикулева В.О. Применение технологии «Jet-grouting» на примере искусственного водопонижения подземного резервуара в г.Краснодар [Электронный ресурс] http://technology.snauka.ru/2017/05/13327
  4. Патент №2656656 «Способ объемной цементации грунтов» Золотухин С.Н., Абраменко А.А., Кукина О.Б., Вязов А.Ю., Лобосок А.С.
  5. Патент №2641356 «Конструкция фундаментной плиты с регулируемыми усилиями» Иконин С.В., Сухотерин А.В.


Количество просмотров публикации: Please wait

Все статьи автора «Прокопов А.Б.»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация