Технологии стабилизации (укрепления) грунтов
| Под укреплением грунтов необходимо понимать комплекс мероприятий по повышению их механической прочности и водоустойчивости. Химическое укрепление грунтов является искусственным преобразованием грунтов путем химической обработки различными реагентами. При этом протекающие реакции взаимодействия реагентов между собой и с компонентами грунта, должны обеспечивать долговечность приобретенных им строительных свойств (прочность, упру-гость, гидрофобность и др.). Процесс укрепления грунтов включает ряд технологических операций (размельчение, перемешивание, дозирование вяжущих, увлажнение, приготовление растворов, инъектирование, уплотнение), обеспечивающих в результате активного воздействия на грунт связующих и других веществ высокую плотность, прочность и длительную устойчивость укрепленного грунта как в сухом, так и водонасыщенном состоянии. |
При разработке технологий укрепления грунтов основной задачей является получение нового строительного материала с заданными структурно-механическими свойствами. Выбор технологии укрепления грунта зависит от строительных или инженерных задач, определяющих соответствующую область применения укрепленного грунта: благоустройство, дорожное и аэродромное строительство; горное дело; гидротехническое строительство; охрана окружающей среды, строительство, укрепление и реставрация фундаментов. При проведении работ по благоустройству закрепление грунтов используется для ремонта и строительства садово-парковых набивных дорожек из щебня с покрытием каменными материалами, устройства площадок и зон отдыха, строительства водоемов и т.п.
|
В дорожном строительстве связующие используют для укрепления грунта при устройстве оснований под дороги, укрепления откосов, примыканий и сопряжений. Особенность автомобильных дорог и аэродромов состоит в их большой зависимости от климатических, грунтовых и гидрогеологических условий местности. Специфика строительства заключается в использовании огромного объема различных каменных материалов - песка, щебня и др. Для снижения стоимости дорожных и аэродромных одежд во многих районах вместо каменных мате-риалов применяют местные грунты, отходы или попутные продукты промышленных предприятий. Как правило, использование таких материалов требует их укрепления с помощью связующих, например портландцемента, шлакопортландцемента, извести, жидкого стекла, битумов. В качестве компонентов дорожной одежды используют такие промышленные отходы, как топливные золы и шлаки, доменные и металлургические шлаки, шламы глиноземного производства. |
|
|
При строительстве, ремонте, реконструкции и реставрации фундаментов химическое укрепление грунтов с помощью связующих решает следующие задач
- строительство промышленных и гражданских сооружений на просадочных и набухающих грунтах,
- имеющих широкое распространение на территории РФ;
- усиление фундаментов под существующими сооружениями (эта операция производится без перерыва в эксплуатации самого сооружения);
- увеличение несущей способности свай и опор большого диаметра с последующим закреплением грунта ниже их забоя.
В современное время полимерные эмульсии представляют собой класс материалов, в которых полимер, как правило, изготавливается в виде эмульсии или сухого порошка. Это широкий спектр материалов от статического сополимера бутадиена и стирола (синтетическая резина) до полвинилхлорида (ПВХ), а также многие виды полимеров на акриловой основе, используемых в красках.
Эмульсии – обычно, не нуждаются в растворителях, легко поддаются очистке водой/моющими средствами, а также, в случае многих полимеров, не представляют собой угрозы для окружающей среды при использовании в больших количествах. Полимерные эмульсии могут обладать широким диапазоном свойств. Они могут находиться в ионном состоянии, в анионном, катионном или неионном. Они могут быть кислыми, основными или нейтральными по pH, а их твердая фаза может варьироваться.
Полимерная эмульсия содержит приблизительно 40-60% полимера, 1-2% эмульгатора, а оставшейся частью может быть вода. Полимер также может широко изменяться по своему химическому составу (например, сополимер бутадиена и стирола или полиэтилен-винилацетат), молекулярному весу, степени разветвленности, размеру боковых цепей и составу и т.д.
Как правило, полимер для стабилизации почвы должен обладать отличными физическими характеристиками, такими, как прочность на разрыв, изгиб и сжатие, хорошее сцепление с частица-ми грунта, высокая устойчивость к воде, химическому воздействию и ультрафиолетовому излучению.
Наиболее важными характеристиками полимеров, указывающими на их пригодность для укрепления грунтов, необходимо считать следующие:
- малую вязкость, растворимость или эмульгируемость в воде (в мономерной или полимерной форме) на стадии введения полимера в грунт, перемешивания, увлажнения и уплотнения смеси;
- нерастворимость в воде и несмачиваемость (гидрофобность) после завершения стадии затвердевания укрепленного грунта, при этом процессы отверждения смолы должны происходить в воздушной или водной среде в интервале температур от 0 до 35 °С;
- способность избирательной адсорбции по отношению к гидрофильным глинистым минералам;
- способность противостоять физическим и химическим воздействиям и биологическому разложению;
- возможность производства работ по обработке грунта при повышенной его влажности в интервале температур от 0 до 35 °С.
Основное заблуждение при этом – считать, что все настолько просто.
Нанесение и смешивание осуществляется с помощью методов и методик по строительству дорог:
Дренаж: Нанесение следует осуществлять только после водоотвода от дорожного основания.
Дорожная одежда: Основание и слои должны быть стабильны и устойчивы. Этого можно добиться путем укладки геоткани/сетки для армирования грунта на участках основания, особенно если на них затруднен дренаж.
Грунт: Следующий важный параметр – размер/тип/твердость/гранулометрический состав заполнителя.
Геометрия: Форма, уклон, покатость, вершина дорожного профиля, профиль и т.п. для обеспечения стока воды с укрепленной поверхности.
Время высыхания/отвердения: При смешивании с грунтом на большую глубину полимер высыхает достаточно долго. Если время высыхания/отвердения необходимо уменьшить, можно использовать катализатор для ускорения процесса полимеризации и обеспечения полной прочности.
Если обрабатываемый грунт содержит некачественный щебеночный заполнитель, либо если заполнитель, составляющий основание дорожной одежды и слои, содержат большое количество глины и/или шлама, лучше всего обработать его модификатор грунта для придания грунту гидрофобности и обеспечения высокой несущей способности некачественного грунта.