Пособие по производству работ при устройстве оснований и фундаментов (к СНиП 3.02.01-83) - часть 7

Раздел 5. ЗАКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

5.1. Настоящий раздел Пособия к разд. 5 СНиП 3.02.01-83 распространяется на производство работ по закреплению грунтов в их естественном залегании в различных строительных целях инъекционными химическими способами — силикатизацией, смолизацией, цементацией, а также буросмесительным и термическим способами.

5.2. Как один из видов производства строительных работ закрепление грунтов в самом общем виде представляет собой целенаправленное искусственное преобразование строительных свойств грунтов посредством их химической или физико-химической, механической и термической обработки, с применением соответствующих технологий.

5.3. В зависимости от способа обработки грунтов, в результате которого улучшаются их свойства, закрепление грунтов подразделяется на следующие виды:

химическое — когда его основу составляют химические и физико-химические процессы, возникающие в грунтах в результате введения в них определенных химреагентов;

электрохимическое закрепление, основанное на вторичных химических и физико-химических явлениях электролиза, возникающих в грунтах под действием внешнего поля постоянного электрического тока;

термическое закрепление, когда улучшение свойств грунтов достигается в результате их обжига в скважинах раскаленными газами или электропрогревом;

термоконсолидация глинистых водонасыщенных грунтов, когда улучшение строительных свойств достигается самоуплотнением грунтов, обусловленным их нагревом в пределах 50—80 °С.

5.4. Химическое закрепление в зависимости от способа введения в грунты химреагентов имеет два направления:

инъекционное химическое закрепление, когда реагенты в виде растворов или газов вводятся в грунты без нарушения их естественного сложения нагнетанием под давлением;

буросмесительное закрепление грунтов, осуществляемое с нарушением их естественного сложения, механическим перемешиванием с цементами или другими химическими реагентами и добавками при бурении скважин большого диаметра.

К первому направлению относятся способы силикатизации, смо-лизации, цементации; второе представлено способом буросмесительного закрепления илов и других сопутствующих им грунтов.

В Пособии не рассматриваются электрохимическое закрепление и термоконсолидания глинистых грунтов, а также закрепление глинизацией, учитывая сугубо специальный характер и весьма ограниченное практическое применение этих видов закрепления.

6.5. Каждый из способов закрепления имеет свою область применения, строго ограниченную номенклатурой грунтов и определенными характеристиками, а именно: водопроницаемостью и химическими свойствами для всех грунтов, степенью влажности и емкостью поглощения для глинистых грунтов и др. Основные способы закрепления грунтов и примерные границы их практического применения по номенклатуре, влажности и водопроницаемости приведены в табл. 29.

Силикатизация и смолизация грунтов, в свою очередь, дифференцируются на ряд конкретных способов, которые различаются между собой химической технологией (рецептурой) и целенаправленно применяются для закрепления определенных разновидностей песчаных и просадочных грунтов сообразно их природным свойствам. Необходимые сведения об этих способах будут приведены ниже в пп. 5.27 — 5.44 Пособия.

5.6. Закреплением указанными выше способами достигается значительное повышение несущей способности, прочности и устойчивости всех видов грунтов, с одновременным обеспечением их водостойкости, что открывает большие возможности для практического применения этих способов при строительстве в слабых грунтах.

Для всех без исключения фильтрующих грунтов закрепление позволяет уменьшать или практически полностью устранять их во-допроницаемость, что расширяет область его практического применения в качестве противофильтрационных мероприятий, а также мероприятий против неустойчивости этих грунтов в водонасыщенном состоянии, при подземных строительных работах.

Наряду с увеличением прочности закрепление устраняет про-садочность лёссов, лёссовидных суглинков, а также некоторых видов просадочных покровных суглинков, что во многих случаях разрешает важную проблему строительства на просадочных грунтах.

Достигаемые всеми способами закрепления преобразования строительных свойств грунтов практически необратимы и, следовательно, долговечны.

Таблица 29

Способ закрепления	Вид грунтов	Природная степень влажности	Коэффициент фильтрации, м/сут
Силикатиза ция	Просадочные лёссы, лёссовидные и некоторые виды покровных суглинков	Не более 0,7	Не менее 0,2
>>	Песчаные	Независимо от влажности	0,5—80
Смолизация		То же	0,5-50
Цементация	Пустоты большого размера. Трещиноватые скальные, крупнообломочные и гравелистые песчаные		Для скальных 0,01 Для нескальных 50
Буросмеси- тельное закрепление	Илы. а также сопутствующие им глины и суглинки мягкопластичной, текучепластичной, текучей консистенции, рыхлые и средней плотности пески		Независимо от водопроницаемости
Термическое закрепление	Просадочные лёссы и лёссовидные суглинки, непросадочные суглинки и глины	Не более 0,5	То же

5.7. Благодаря возможности значительно и необратимо улучшать строительные свойства грунтов в естественном залегании, закрепление может широко применяться в строительстве для:

усиления оснований вновь строящихся и существующих зданий и сооружений;

устройства фундаментов и других заглубленных разного назначения конструкций из закрепленных грунтов;

увеличения несущей способности свай и других опор большого диаметра;

создания противофильтрационных завес в качестве мероприятий по гидроизоляции неглубоких подземных сооружений и конструкций.

Закрепление грунтов может также широко применяться в качестве следующих временно действующих мероприятий для:

укрепления откосов при вскрытии строительных котлованов и других земляных выработок;

устройства подпорных стен и других разного назначения заглубленных защитных конструкций, необходимых при щитовой проходке подземных выработок;

для устранения подвижек слабых, неустойчивых грунтов (в том числе плывунов), при устройстве тоннелей и других неглубоких подземных выработок.

5.8. Выбор конкретного способа закрепления грунтов, а также определение и назначение всех технологических и других параметров и технических условий закрепления осуществляется единым технорабочим проектом закрепления грунтов, который объединяет в себе, кроме того, элементы проектирования организации строительства и проектирования производства работ. Это делается в проекте сообразно характеру выполняемой строительной задачи, инженерногеологическим условиям территории и требованиям к закрепленным грунтам.

Проектом могут устанавливаться и задаваться также другие специальные требования и указания по производству работ, контролю качества и приемке работ по закреплению грунтов в случаях уникальных сооружений или особо сложных инженерно-геологических условий, если на них не распространяются соответствующие действующие нормы и настоящее Пособие.

5.9. Применение всех способов закрепления естественных грунтов, кроме термического, возможно при температурах закрепляемых грунтов не ниже 0°С и температурах инъецируемых химических н других вяжущих растворов не ниже 5 С.

5.10. Для специальных видов работ в сложных инженерно-геологических условиях, к которым относится и закрепление грунтов, разработку проектов производства работ согласно действующим

нормам допускается производить как проектным, так и производственным организациям.

На практике, в силу узкоспециального характера технологии закрепления грунтов, проектирование производства этого вида работ, как правило, осуществляется проектной организацией в едином проекте закрепления, совмещающем в себе все три указанных в п. 5.8 вида проектирования. Вместе с тем, в отдельных случаях проектирование производства работ по закреплению грунтов частично или полностью может осуществляться и производственными организациями.

5.11. При разработке вопросов проектирования производства работ по закреплению грунтов следует руководствоваться Инструкцией по разработке проектов организации строительства и проектов производства работ (СНиП 3.01.01—85), которая имеет общее значение для всех способов закрепления грунтов. Инструкция, являясь нормативным документом, устанавливает состав, содержание и порядок разработки и утверждения проектов организации и производства работ.

6.12. В прерогативу проектирования производства работ согласно СНиП 3.01.01—85, применительно к закреплению грунтов, входят следующие основные положения:

а) составление календарного плана производства работ по закреплению грунтов, в котором на основе объемов работ и технологии способов устанавливаются последовательный порядок и сроки выполнения отдельных видов работ, определяются потребности в трудовых и других ресурсах, а также устанавливаются сроки поставки отдельных видов оборудования и материалов;

б) разработка строительного генплана с нанесением на него расположения транспортных путей, сетей водоснабжения, канализации, электроснабжения, теплоснабжения, специальных технологических узлов и установок, складов для материалов и других временных построек и устройств, необходимых для производства работ. Генплан дополняется графиками поступления на объект материалов и специального оборудования, а также графиками потребностей в рабочих кадрах и в основных строительных машинах;

в) составление технологических карт или технологических схем с описанием последовательности и методов производства работ и стоимости трудозатрат и потребности в механизмах и материалах по этапам;

г) проектная проработка решений по технике безопасности, охране труда и охране окружающей среды, а также другие, общие для всех способов закрепления, положения.

5.13. Учитывая, что закрепление грунтов в технологическом отношении представляет собой работы исключительно скрытые, их

производство должно сопровождаться мероприятиями по контролю качества закрепления и ведением исполнительной документации, отвечающими самым высоким требованиям к надежности.

Необходимое качество, согласно этим требованиям, обеспечивается указанными в пп. 5.14—5.17 разносторонними мероприятиями по контролю качества, осуществляемыми до, во время и после завершения работ по закреплению грунтов и распространяемыми на все способы.

5.14. Для проверки правильности заложенных в проект параметров закрепления на первоначальном этапе работ по закреплению, на определенном ограниченной величины участке, производится вскрытие закрепленного на этом участке массива скважинами и шурфами с обследованием его конфигурации и размеров, сплошности и однородности закрепления и с отбором закрепленных образцов для лабораторных исследований; на отобранных образцах определяют прочностные и деформационные характеристики и водостойкость закрепленных грунтов. По результатам вскрытия и обследования дается оценка соответствия качества закрепления проектным требованиям, а следовательно, и правильности заданных проектом

параметров закрепления.

Ввиду отсутствия термина данное мероприятие по контролю качества закрепления предлагается называть контрольным закреплением.

Объем работ по контрольному закреплению устанавливается проектом в зависимости от объема закрепления, однородности грунтовых и других инженерно-геологических условий. К вскрытию закрепленного массива скважинами и шурфами следует приступать с определенной выдержкой во времени, по завершении набора прочности.

Если в результате контрольного закрепления обнаруживается недопустимое несоответствие качества закрепления проектным требованиям, то авторский надзор должен внести в проект закрепления соответствующие коррективы, после чего производятся повторные контрольные закрепления до устранения несоответствия.

5.15. Соответствие применяемых при закреплении грунтов исходных и переработанных (рабочих) материалов (реагентов, цемента, топлива) ГОСТам и проектным требованиям определяется лабораторными работами по определению соответствующих характеристик материалов.

5.16. Для контроля за выполнением заданных проектом параметров и технических условий (от чего особенно сильно зависит качество закрепления) производство работ должно сопровождаться обязательной, хорошо продуманной фиксацией соответствующих технологических данных в рабочих журналах и другой исполнительной документацией.

Рекомендуемые формы журналов производства работ для всех способов закрепления грунтов приведены в прил. 21 и 28.

Контроль качества закрепления грунтов в этом случае заключается в систематической проверке соответствия зафиксированных в исполнительной документации данных о производстве работ с проектными данными. При обнаружении несоответствий авторский надзор и производители работ должны оперативно принимать необходимые меры к обязательному выполнению проектных требований, а также меры по закреплению некачественно обработанных участков в закрепляемом массиве.

6.17. Для окончательной приемки работ контроль качества закрепления грунтов по отдельным фрагментам во время производства работ или по закрепляемому массиву в целом, после их завершения, должен производиться путем непосредственного вскрытия закрепляемого массива скважинами и шурфами с отбором образцов и проведением обследований по тем же позициям, что и при контрольном закреплении, согласно п. 5.14.

При больших объемах закрепительных работ непосредственный контроль качества закрепления бурением или шурфованием может сочетаться с обследованием качества закрепления геоэлектрическим методом. Применительно к закреплению грунтов силикатизацией этот метод изложен в прил. 22.

5.18. В число основных мероприятий в части организации работ по закреплению грунтов входят подготовительные работы, материально-техническое обеспечение, механизация, организация работы транспорта, оперативное планирование и организация труда.

Организация работ выполняется по единому проекту закрепления грунтов, который разрабатывается проектной организацией и включает в себя наряду с другими видами проектирования и вопросы организации строительного производства.

Мероприятия по организации работ в приведенном выше составе осуществляются производственной организацией, выполняющей работы по закреплению грунтов, руководствуясь СНиП 3.01.01—85 «Организация строительного производства» и требованиями проекта. Положения и требования СНиП 3.01.01—85 имеют общее значение для всех способов закрепления грунтов.

5.19. При производстве работ по закреплению грунтов всеми способами должны строго соблюдаться правила по технике безопасности при строительных и горных работах, а также при работах на паровых, компрессорных, гидравлических и электрических установках согласно СНиП 111-4-80 «Техника безопасности в строительстве».

5.20. При закреплении грунтов способами с применением токсичных материалов или с выделением ядовитых отходов кроме со-блюдения правил противопожарной и прогивовзрывной охраны и указанных в пункте 5.19 требований техники безопасности должны соблюдаться специальные требования по защите рабочего персонала от вредных влияний, а также по защите почвы, грунтовых вод, атмосферного воздуха, территории и помещений от загрязнений. Эти специальные требования касаются транспортировки, складирования материалов, промывки технологического оборудования, эвакуации технологических отходов, вентиляции рабочих помещений, а также обеспечения персонала средствами индивидуальной защиты.

К способам закрепления, обладающим более или менее значительной токсичностью, при которых необходимо соблюдение специальных требований техники безопасности и охраны окружающей среды, относятся некоторые модификации способов силикатизации и смолизации, а также термическое закрепление, при котором в атмосферу выделяются вредные газы. Требования эти специфичны для каждого из способов и будут полнее изложены ниже, в настоящем разделе

Пособия.

5.21. Работы по закреплению грунтов выполняются строго по проекту. Изменения проекта или отклонения от него допускаются лишь с согласия проектной организации, разработавшей проект закрепления, и оформляются актом.

5.22. До начала работ по закреплению грунтов необходимо уточнить и строго учитывать при производстве работ расположение подземных коммуникаций (водопровод, канализация, кабельная сеть, газ и др.), а также расположение и состояние сооружений, находящихся вблизи области закрепления.

5.23. С целью накопления натурных данных об эффективности мероприятий по закреплению грунтов и закономерностях процесса затухания деформаций, за осадками фундаментов зданий и сооружений, возводимых на закрепленном основании или на фундаментах из закрепленных грунтов, желательно устанавливать инструментальное геодезическое наблюдение по маркам в период постройки и после сдачи сооружений в эксплуатацию, до прекращения деформаций.

5.24. Приемкой работ по закреплению грунтов должно быть проверено и установлено соответствие требованиям проекта конфигурации и размеров закрепленного массива или отдельных опор, характеристик прочностных и деформационных свойств закрепленных грунтов, сплошности и однородности закрепления и других показателей качества закрепления грунтов.

5.25. Приемка работ производится комиссией специалистов, укомплектованной представителями заинтересованных организаций и организаций — исполнителей работ.

Приемка осуществляется на основе сопоставления проектной и исполнительной документации по производству работ и данных по

контролю качества закрепления, согласно пп. 5.14 — 5.17, а также визуальным осмотром закрепленпых массивов в обнажениях шурфов и закрепленных грунтов в кернах из контрольных скважин.

Для приемки работ должны быть представлены технорабочий проект и следующая исполнительная и контрольная документация: масштабные планы и профили закрепленных массивов (опор) с обозначениями фактических данных о местоположении в плане инъ-екторов, инъекционных, термических, буросмесительных, термометрических и контрольных скважин и шурфов, а также с обозначением данных о местоположении элементов (заходок) технологической обработки грунтов по глубине и о выполненных нормах этой обработки;

технические паспорта на использованные для закрепления грунтов материалы;

журналы производства работ по установленной форме; результаты мероприятий по контролю качества закрепления грунтов.

При обнаружении несоответствия качества закрепления требованиям проекта комиссией назначаются, а строителями выполняются необходимые дополнительные работы по устранению этих несоответствий.

5.26. Кроме требований и положений, изложенных в пп. 5.9—

5.25, по основным элементам производства закрепительных работ, имеющих общее значение для всех способов (по проектированию производства работ, контролю качества закрепления, организации производства работ, технике безопасности и охране окружающей среды и по правилам приемки работ), каждый конкретный способ закрепления по указанным выше и другим элементам производства работ может иметь свои собственные требования и положения, обусловленные спецификой этих способов.

О дополнительных специфических требованиях конкретных способов закрепления будет сказано ниже в настоящем разделе Пособия.

Общим правилом в отношении дополнительных требований является то, что во всех случаях они должны уточняться проектом в зависимости от конкретных условий производства работ.

ИНЪЕКЦИОННОЕ ХИМИЧЕСКОЕ ЗАКРЕПЛЕНИЕ

5.27. Химическое закрепление грунтов инъекцией в строительстве в настоящее время осуществляется способами силикатизации, смо-лизации и цементации согласно закрепляющим реагентам, на основе которых разработаны способы,

6.28. Как один из видов производства работ в строительстве инъекционное химзакрепление представляет собой искусственное, целенаправленное преобразование строительных свойств грунтов обработкой их в естественном залегании различными реагентами. Для силикатизации и смолизации эта обработка основана на реакциях взаимодействия химреагентов между собой или с химически активной частью грунтов; для цементации — на химическом процессе твердения цементных растворов в крупных пустотах, трещинах и порах грунтов. При этом практически во всех случаях обеспечивается необратимость и, следовательно, долговечность приобретенных грунтами свойств.

Нагнетание в грунты химреагентов и их подбор по рецептурам составляют соответственно физико-технологическую и химико-технологическую сущность способов закрепления.

6.29. Инъекционное химзакрепление распространяется на грунты, обладающие более или менее значительной водопроницаемостью, включая песчаные, крупнообломочные, трещиноватые скальные и полускальные грунты, а также просадочные лёссы, лёссовидные суглинки и некоторые виды покровных суглинков.

Закрепление вечномерзлых грунтов, указанных выше литологических видов, возможно лишь после их предварительного оттаивания. Это относится также и к обычным мерзлым грунтам в деятельном слое. Закрепление этими способами ограничено также определенными температурными условиями, приведенными в п. 5.9 Пособия для грунтов в естественном залегании, для инъецируемых растворов и для газов.

Не подлежат закреплению грунты, пропитанные нефтепродуктами, и водонасыщенные грунты при скоростях грунтовых вод, больших, чем установленные для каждого способа величины. Возможность закрепления засоленных грунтов устанавливается специальными исследованиями в лабораториях и натурных условиях.

5.30. Изложенное в пп. 5.6 и 5.7 о получаемых при закреплении положительных изменениях строительных свойств грунтов и о возможностях практического применения способов их закрепления в полной мере распространяется и на инъекционное химическое закрепление.

По сравнению с другими способами оно имеет два преимущества: одно заключается в том, что осуществляется без нарушения естественной структуры и сложения грунтов, практически исключает их деформации при производстве работ; второе — что под существующими сооружениями оно не нарушает их нормальной эксплуатации.

5.31. Посредством способа цементации, кроме указанного и п. 5.30, возможно заполнение пустот и полостей больших размеров,

образующихся по разным причинам (в том числе карстового происхождения) под фундаментами и в основании существующих сооружении. Этим предотвращается обрушение кровли пустот и обусловленные им недопустимые локальные просадки грунтов, неизбежные при этом повреждения в наземных конструкциях. С помощью цементации крупных пустот в сочетании с силикатизацией и смолиза-цией грунтов, окружающих эти пустоты, успешно решают такие задачи, как усиление оснований и фундаментов существующих и возводимых вновь зданий и сооружений на закарстованных территориях.

Таблица 30

* При других значениях характеристик возможность применения силикатизации устанавливается опытным путем. Примечание. Экстремальные значения прочностей приведены над чертой; средние — под чертой.

5.32. Для закрепления грунтов в практике строительства следует применять разработанные и опробованные опытом инъекционные химические способы согласно табл. 30 Каждый из способов имеет свою область применения, ограниченную величинами коэффициента фильтрации для песчаных грунтов и значениями коэффициента фильтрации, емкости поглощения в щелочной среде и степени влажности —

для просадочных лёссовых грунтов.

5.33. Выбор способов закрепления для конкретных грунтов производится, руководствуясь указанной табл. 30 и данными о гранулометрическом составе, номенклатуре, коэффициенте фильтрации и других характеристиках естественных грунтов, а также проектными требованиями к прочностным и деформационным свойствам закрепленных грунтов.

5.34. Кроме указанных в пп. 5.8,5.11 и 5.12 положений, имеющих общее значение для всех способов закрепления грунтов, проектом инъекционного химзакрепления устанавливаются и задаются следующие специальные требования, параметры и правила для производства работ по закреплению грунтов этими способами:

технология нагнетания закрепляющих реагентов в грунты посредством погружаемых инъекторов или через инъекционные скважины;

расположение инъекторов (инъекционных скважин) в контуре закрепляемого массива согласно его конфигурации, направление погружения инъекторов (бурения скважин), расстояние между ними и их глубины;

перечень и характеристики применяемых исходных химических и других материалов для приготовления инъецируемых рабочих реагентов (растворов, газов, смесей);

рецептуры (составы) инъецируемых в грунты закрепляющих реагентов и указания по их приготовлению;

способы погружения инъекторов и бурения инъекционных скважин, марки и характеристики применяемого при этом оборудования;

указания по технологии нагнетания, нормам, режиму и последовательности закачек закрепляющих реагентов-

требования и указания по контролю качества закрепления, объемам контрольных работ, а также критерий достаточности выполненных работ.

5.35. В дополнение к положениям, изложенным в пп. 5.10—5.12 о проектах производства работ, имеющих общее значение для всех способов, разработка такого проекта для инъекционного химзакрепления грунтов должна предусматривать:

состав и размещение вспомогательных сооружений на площадке; обеспечение системами электроснабжения, водоснабжения, теплоснабжения, канализации;

транспортировку материалов;

расчет производительности и интенсивности работ и обеспечения их рабочими кадрами, материалами, механизмами;

составление календарного плана, увязанного с другими строительными работами.

5.36. Для контроля качества инъекционного химзакрепления грунтов под существующими сооружениями кроме общих мероприятий, приведенных в пп. 5.13—5.17, следует в качестве дополнительного и наиболее надежного для этих целей мероприятия применять инструментальные геодезические наблюдения за осадками марок, устанавливаемых снаружи и внутри зданий. Как правило, эти наблюдения должны производиться до, во время и после производства работ по закреплению и продолжаться до прекращения деформаций. Организацию и исполнение наблюдений осуществляют, руководствуясь ГОСТ 24846—81 «Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений», Руководством по наблюдениям за деформациями оснований и фундаментов зданий и сооружений (М.: Стройиздат, 1975).

СИЛИКАТИЗАЦИЯ И СМОЛИЗАЦИЯ

6.37. Силикатизация и смолизация грунтов, как один из видов производства работ в строительстве, представляет собой химическую обработку грунтов различными реагентами нагнетанием их в закрепляемые грунтовые массивы под давлением. В результате достигается целенаправленное, необратимое и долговечное улучшение строительных свойств грунтов.

5.38. С химической точки зрения основу силикатизации и смолизации грунтов составляет явление конденсации неорганических и органических полимеров (крепителей) при их взаимодействии с коагулянтами (отвердителями) и заключается в отверждении полимеров в порах и трещинах грунтов, чем и обеспечиваются указанные выше положительные изменения их строительных свойств.

В качестве крепителей применяются водные растворы силиката

натрия (неорганический полимер), а также растворы карбамидных и других синтетических смол (органические полимеры). В качестве отвердителей применяются различные неорганические и органические кислоты и соли с различными химическими добавками; в отдельных случаях отвердителем может быть химически активная часть самих грунтов.

Закрепление грунтов на основе растворов силиката натрия, независимо от применяемых отвердителей, называется силикатизацией, на основе карбамидных и других смол — смолизацией, на основе цементных растворов — цементацией.

Участвующие в процессе инъекционного химзакрепления грунтов химические вещества в растворах или газы называются закрепляющими реагентами.

Рис. 55. Конструктивные схемы инъекционного закрепления грунтов
а —сплошное закрепление; б - армированное закрепление; 3 - комбинированное закрепление

Рис. 56. Схема организации работ по закреплению грунтов через инъекторы
1 — место складирования химреагектов; 2 — пневмоустановки (или насосы),
3 — верстак; 4— емкость с водой; б — компрессор; 6 — емкость для приготовления рабочих растворов; 7 — насос; 8 — погруженные инъекторы; 9 — нагнетание закрепляющих растворов; 10 — закрепленный грунт; В — вода; PC — закрепляющие растворы или смеси

Рис. 57. Схема организации работ по закреплению просадочных лессовых грунтов через инъекционные скважины
1 — сяликаторазварка и растворный узел; 2 — растворовод; 3 — бурение скважин; 4 — закрепление грунтов; 5 — отрытие котлованов; 6 — установка колонн; 7 — колонна

Смесь растворов крепителей и отвердителей рабочих концентраций при однорастворном двухкомпонентном закреплении грунтов называется гелеобразующей смесью.

5.39. С технологической точки зрения закрепление силикатизацией и смолизацией заключается в нагнетании под давлением в поры естественных грунтов отверждающихся и закрепляющих грунты химических растворов (двухрастворный способ), или раствора и газа (двухкомпонентный способ), или одного раствора (однокомпонентный способ), или гелеобразующих смесей из двух компонентов (однорастворные двухкомпонентные способы). Нагнетание закрепляющих реагентов в грунты осуществляется насосами или сжатым воздухом из специальных емкостей через заглубляемые в грунты специальные перфорированные трубы (инъекторы) или через инъекционные скважины. Задаваемые проектом расстановка инъекторов или скважин в плане, углы наклона и нормы закачки химреагентов по глубине должны обеспечивать сплошность массива закрепленного грунта или его заданную конфигурацию и размеры согласно назначенной проектом конструктивной схеме закрепления (рис. 55). На рисунках 56 и 57 показаны принципиальные технологические схемы

организации работ по силикатизации и смолизации грунтов в двух вариантах, с применением инъекторов и инъекционных скважин.

5.40. Для повышения эффективности (увеличения прочности и радиуса) закрепления грунтов однорастворными способами силикатизации и смолизации, за исключением однокомпонентной силикатизации просадочных лёссовых грунтов, во многих случаях бывает необходимо или целесообразно производить предварительную химическую обработку (активизацию) грунтов отвердителями.

Необходимость предварительной обработки грунтов отвердите-лем и нормы его закачки устанавливаются и задаются проектом по результатам специальных лабораторных исследований и опытных работ по закреплению грунтов в натурных условиях. Обычно норму закачки отвердителя для активизации принимают из расчета заполнения им половины объема пор грунта.

5.41. При закреплении грунтов силикатизацией и смолизацией под существующими сооружениями с ветхими трещиноватыми фундаментами (например, под архитектурными памятниками) в качестве вспомогательного мероприятия против вероятных утечек закрепляющих реагентов через полости и трещины в кладке проектом может предусматриваться предварительная уплотнительная цементация фундаментов на контакте подошвы с основанием, называемая вспомогательной цементацией.

Необходимые параметры и данные для вспомогательной цементации и соответствующие рекомендации по производству работ даются в проекте. Работы выполняются согласно правилам, изложенным в пп. 5.98—5.103.

6.42. Закрепление грунтов способами силикатизации и смолиза-ции производится преимущественно посредством вертикально и наклонно погружаемых в грунты сверху вниз инъекторов или забуриваемых инъекционных скважин — с дневной поверхности, с отмостки, или изнутри здания.

Если в силу стесненных условий или по иным причинам закрепление грунтов по технологии с вертикальным заглублением инъекто-ров и скважин невозможно, то инъекционные работы при закреплении грунтов под существующими сооружениями следует производить по технологии с горизонтальным заглублением инъекторов и скважин из специально пройденных и оборудованных технологических выработок (колодцев, траншей и штолен) и с предварительным химическим закреплением их стенок для предупреждения возможных деформаций сооружений. Данные о конструкции и размерах технологических выработок, а также другие рекомендации по их устройству должны содержаться в проекте.

5.43. Кроме указанных в пп. 5.9 и 5.29 и в табл. 30 температурных ограничений по водопроницаемости и другим свойствам грун-тов, применение силикатизации и смолизации в водоносных грунтах лимитировано также скоростью грунтовых вод до 5 м/сут.

6.44. При производстве работ по силикатизации и смолизации грунтов с применением токсичных материалов необходимо строго соблюдать общие требования по охране труда, технике безопасности и охране окружающей среды, изложенные в пп. 5.19, 5.20, а также специальные требования и положения согласно пп. 5.127—5.154.

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СИЛИКАТИЗАЦИИ И СМОЛИЗАЦИИ

(1 ПРИМЕНЯЕМЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

5.45. При двухрастворной силикатизации в грунты в последовательном порядке нагнетают два водных раствора: раствор силиката натрия (крепитель) и раствор хлористого кальция (отвердитель).

Плотность раствора силиката натрия назначают в зависимости от коэффициента фильтрации грунтов согласно табл. 31.

Таблица 31

Раствор хлористого кальция должен иметь плотность 1,26— 1,28 г/см3, а величину pH не менее 5,5. Для безводного хлористого кальция указанным величинам плотности соответствуют 28—30 % значения концентрации.

6.46. При однорастворной силикатизации и смолизации в качестве основных химических материалов применяются водные растворы силиката натрия и карбамидных смол, а в качестве отвердителей или добавок — соляная, щавелевая и кремнефтористоводородная кислоты, углекислый газ, алюминат натрия, азотнокислый аммоний, сульфитно-спиртовая барда, ортофосфорная кислота, формамид, этил-ацетат, контакт Петрова и другие химреагенты.

Растворы-крепители, используемые при силикатизации и смолизации грунтов, должны удовлетворять следующим требованиям: величина модуля силиката натрия допускается в пределах от 2,7 до 3, его плотность — от 1,2 до 1,45 г/см2 при закреплении песчаных грунтов и от 1,1 до 1,2 г/см3 при закреплении просадочных грунтов; плотность карбамидиой смолы — от 1,08 до 1,18 г/см3.

Таблица 32

* Раствор силиката повышенного модуля получают обработкой силиката обычного модуля 2,5—3 кремнефто-- ристоводородной кислотой плотностью 1,1—1,08 в количестве 5—6% по объему.
** Контакт Петрова предварительно разбавляют водой в соотношении 1 :3.

Таблица 33

		Компоненты газовой силикатизации
Номер способа по рецептуре		крепитель		наименование		Порядок закачки компонентов в грунты
Номер способа по рецептуре	наименование	плотность, г/см³	норма закачки	отвердитель	норма закачки на 1 м⁸ грунта, кг	Порядок закачки компонентов в грунты
VI для песков	Силикат натрия	1,19—1,3	0,8 объема пор	Углекислый газ в баллонах	4-6,5	Углекислый газ 2—2,5 кг, силикат натрия, углекислый газ 2—4 кг
VII для просадочных лёссовых грунтов	Го же	1,10—1,17	0,8 объема пор	Углекислый газ в баллонах	5—7,5	Углекислый газ 2—3 кг, силикат натрия, углекислый газ 3—4,5 кг

Таблица 34

Номер п.п.	Реагенты	гост	Физическое состояние
1	Силикат натрия растворимый	ГОСТ 13079—81	Г лыба
2	Стекло натриевое жидкое	ГОСТ 13078-81	Жидкость
3	Хлористый кальций	ГОСТ 450—77	Комки
4	Кремнефтористоводородная кислота	ГОСТ 10678—76 с изм.	Жидкость
5	Ортофосфорная кислота	ГОСТ 6552—80
6	\| Углекислый газ	ГОСТ 8050-76 с изм.	Сжиженный газ

5.47. При однорастворной двухкомпонентной силикатизации песчаных грунтов в настоящее время применяют способы, приведенные в табл. 32.

5.48. Закрепление просадочных лёссовых грунтов осуществляют однорастворным однокомпонентным способом силикатизации на основе одного раствора силиката натрия, имеющего характеристики согласно п. 5.46.

5.49. Для газовой силикатизации в настоящее время разработаны и применяются два отличающиеся рецептурой способа закрепления песчаных и просадочных лёссовых грунтов (табл. 33).

5.50. Химические материалы, применяемые для закрепления грунтов способами силикатизации, должны удовлетворять требованиям и техническим условиям действующих стандартов на силикат натрия (жидкое стекло), хлористый кальций, ортофосфорную, кремнсфтористоводородную кислоты, алюминат натрия, форм амид, этил-ацетат, контакт Петрова.

ГОСТы и ТУ на некоторые технические материалы, применяемые при химическом закреплении грунтов способами силикатизации, приведены в табл. 34.

5.61. Применяемый при силикатизации грунтов силикат натрия Na2ОnSiО2 доставляется к месту работы либо в виде силикат-глыбы, либо в виде раствора плотностью 1,4—1,5 г/см3.

В зависимости от исходных материалов силикат натрия выпускается содовый и содово-сульфатный.

Силикатный модуль является главной характеристикой силиката натрия, определяющей его состав.

Под модулем подразумевается отношение числа грамм-молекул кремнезема (SiО2) к числу грамм-молекул окиси натрия (Na2О).

В процессе производства работ модуль употребляемых растворов силиката натрия (каждая партия) подлежит контрольным определениям (прил. 15).

Раствор силиката натрия должен отвечать требованиям ГОСТ 13078—81.

По физико-химическим показателям раствор силиката натрия должен отвечать нормам, указанным в табл. 35.

5.52. Применяемый при однорастворной силикатизации в качестве отвердителя (коагулянта) силиката натрия алюминат натрия должен удовлетворять следующим требованиям:

каустический модуль—1,5—1,7 (отношение Na2О/Al2О3);

крупность дробления — 5—6 мм;

наличие нерастворимых взвесей — 1—2 %.

Коагулянт — кремнефтористоводородная кислота — является побочным продуктом производства суперфосфата и фосфорной кислоты и поставляется в виде раствора плотностью 1,1—1,2 г/см3.

Таблица 35

		Нормы для видов силиката натрия
Нопер пп	Показатели	содового	содово-сульфатного
1	Внешний вид	Густая жидкость желтого или серого цвета без механических включений, видимых невооруженным глазом	Густая жидкость от желтого до коричневого цвета без механических включений, видимых невооруженным глазом
2	Содержание кремнезема, % Содержание окиси железа и окиси алюминия, %, не более	31—33	28,5-29,5
3		0,25	0,4
4	Содержание окиси кальция, %, не более	0,2	0,25
5	Содержание серного ангидрида в пересчете на серу, %, не более Содержание окиси натрия, %	0,06	0.4
6		10—12	10—11
7	Силикатный модуль	2,65—3,4	2,65—3,4
8	Плотность, г/см³	1,36-1,5	1,43—1,5

5.53. При однорастворной смолизации песчаных грунтов в настоящее время разработаны и могут применяться девять отличающихся рецептурой способов согласно табл. 36, в которой приведены данные для получения соответствующих гелеобразующих смесей.

5.54. Преимуществом смолизации перед однорастворной силикатизацией является возможность значительно более прочного закрепления грунтов. Так, временное сопротивление при сжатии закрепленных смолизацией некоторых видов песчаных грунтов может достигать 7—10 МПа. Недостатком смолизации является выделение карбамидиыми смолами токсичного формальдегида, поэтому при закреплении грунтов под существующими сооружениями, когда работы ведутся в закрытых помещениях, следует применять усиленную приточно-отточную вентиляцию.

5.55. Для глубинного закрепления грунтов смолизацией, не связанного с последующим вскрытием закрепленных массивов (например, при усилении оснований, устройстве фундаментов или других подземных конструкции), следует применять способы смолизации на основе карбамидных смол марок М, М-2, МФ-17 и УКС.

При смолизации грунтов с целью проходки подземных выработок допускается применять способы на основе смолы марки М-3, содержащей наименьшее количество свободного формальдегида (0,3-0,5 %).

5.56. В связи с изменением во времени физико-химических свойств смолы для каждой партии смол в процессе инъекционных работ требуется уточнять соотношение компонентов в гелеобразующей смеси, обеспечивающее заданный период времени гелеобразо-вания.

5.57. Разведение смолы водой до рабочих концентраций производится в следующих приближенных соотношениях:

крепитель М-2 разбавляется водой в соотношении 1 :0,8 до плотности раствора 1,09 г/см3, являющейся нижним пределом разбавления;

крепитель М-3 разбавляется водой в соотношении 1 :0,5 до плотности раствора 1,12 г/смэ;

крепитель МФ-17 разбавляется водой в соотношении 1:2 цо плотности раствора 1,08 г/см3.

При разбавлении смолы растворами азотнокислого аммония или сульфитно-спиртовой барды раствор получается более стабильным.

5.58. Применяемые при смолизации в качестве крепителй растворы карбамидных смол по своим физическим и химическим характеристикам должны удовлетворять нормам согласно табл. 37, а щавелевая (кристаллогидрат) и соляная (жидкость) кислоты должны удовлетворять соответственно нормам ТУ 11-1391-5 и ГОСТ 13282—76 с изм.

При приготовлении и применении гелеобразующих смесей необходимо соблюдать следующие правила:

а) измерение заданных объемов крепителя и отвердителя рабочих концентраций перед их смешиванием должно выполняться с необходимой точностью, которая устанавливается на основе экспериментальной зависимости времени гелеобразования от объемного соотношения компонентов (прил. 16) и указывается в проекте; при определении точности измерения погрешность в получении заданного периода гелеобразования не должна превосходить 10 %;

б) при смешивании компонентов смеси отвердитсль следует постепенно добавлять к крепителю (а не наоборот) при непрерывном и тщательном перемешивании;

в) заданное время гелеобразования в процессе инъекции должно контролироваться отбором проб смеси и фиксации момента ее загустевания;

Таблица 36

Таблица 37

ПРАВИЛА ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ И ПРИМЕНЯЕМЫЕ МЕХАНИЗМЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ПРИ СИЛИКАТИЗАЦИИ И СМОЛИЗАЦИИ

5.59, Работы по силикатизации и смолизации грунтов должны выполняться специально обученной бригадой исполнителей при наличии предусмотренных проектом оборудования и материалов, и только после опробования в производственных условиях всего комплекта оборудования, установок и коммуникаций.

5.60. Продолжение работ после выполнения предусмотренного проектом на первоначальном этапе контрольного закрепления согласно пункту 5.14 допускается лишь при получении положительных результатов этого мероприятия. В противных случаях в проект вносятся необходимые коррективы, а контрольное закрепление повторяется.

6.61. Производство работ по силикатизации и смолизации грунтов последовательно включает следующие основные элементы:

подготовительные и вспомогательные работы, включая приготовление растворов;

работы по погружению в грунты инъекторов или бурение и оборудование инъекционных скважин;

нагнетание закрепляющих реагентов в грунты;

извлечение инъекторов и ликвидация инъекционных скважин;

работы по контролю качества закрепления.

Подготовительные и вспомогательные работы

6.62. До начала основных работ на площадке выполняются подготовительные и вспомогательные работы.

5.63. Разбивку мест размещения скважин и забивных иньекторов следует производить от основных осей сооружений с допустимыми отклонениями ±5 см.

В период подготовительных работ следует: выполнить подготовку и планировку территории; подвести электроэнергию, водопровод, а при необходимости и паропровод, обеспечить канализацию;

при необходимости закрепить аварийные конструкции во избежание обрушения;

при необходимости установить инструментальные наблюдения за осадками фундаментов;

выполнить другие мероприятия, обеспечивающие производство работ и контроль качества закрепления.

Состав и объем подготовительных работ уточняется проектом.

5.64. В последующий период вспомогательных работ следует: разместить на площадке химические реагенты и материалы, обеспечив их правильное складирование и хранение;

смонтировать оборудование и подводящие коммуникации, подключив их к электросети, водопроводу и горячему водоснабжению, а в зимний период утеплив водо- и растворонесущие магистрали;

при объеме закрепления более 10 тыс. м3 грунта оборудовать стационарный узел приготовления растворов;

выполнить разметку мест погружения инъекторов или бурения инъекционных скважин, обеспечив их плановую и высотную привязку;

согласовать безопасность производства работ с электронадзором и лицами, ответственными за подземные коммуникации;

произвести приготовление закрепляющих растворов рабочих концентраций;

выполнить контрольные работы по закреплению грунтов согласно указаниям проекта.

5.65. Емкости для приготовления растворов при силикатизации и смолизации грунтов следует изготавливать с таким расчетом, чтобы их количество и объемы обеспечивали бесперебойную работу участка согласно графику. Емкости должны быть оборудованы устройствами для подогрева и перемешивания растворов.

При работе с кислотами внутренние поверхности емкостей должны быть гуммированы или защищены каким-либо другим способом от воздействия кислот. Возможно применение емкостей из пластика.

Для приготовления растворов могут быть использованы железнодорожные цистерны емкостью 40—60 м3, где перемешивание ведется с помощью сжатого воздуха.

5.66. Для контроля качества приготавливаемых химических растворов на площадке необходимо иметь следующие измерительные приборы:

термометры с градуировкой шкалы от 9 до 100°С и ценой деления в 1 °С;

стеклянные мерные цилиндры для отбора проб раствора емкостью 250—500 мл;

ареометры для определения плотности растворов с диапазоном измерений от 1,01 до 1,5 г/см3 и ценой деления 0,001 г/см3.

5.67. Химические растворы рабочих концентраций приготавливаются разведением растворов исходных концентраций чистой водой до плотности, указанной в проекте или назначенной после контрольного закрепления. Разведение растворов осуществляется согласно формуле

рабочей концентрации, г/см3; рв — плотность воды, г/см3, принимаемая равной 1.

Количество воды, добавляемое к раствору исходной концентрации при приготовлении раствора рабочей концентрации, находится как разность объемов этих растворов.

Приготовленные растворы целесообразно до их нагнетания отстаивать в течение 1—3 ч, после чего перекачивать в рабочую емкость.
Конструкции инъекторов

5.68. Выбор инъекционного оборудования должен производиться с учетом удельных расходов, давлений и степени агрессивности химических растворов. Для инъекторов, погружаемых забивкой, должны применяться стальные цельнотянутые трубы с внутренним диаметром от 25 до 50 мм. Для нагнетания кислых растворов следует предусматривать применение кислотоупорных насосов.

5.69. Инъекторы представляют собой внедряемые тем или иным способом в грунты специальные устройства, посредством которых осуществляется нагнетание закрепляющих реагентов в грунты под давлением. Для всех способов инъекторы являются наиболее ответственным элементом оборудования, применяемого при инъекционном закреплении грунтов.

5.70. В настоящее время в практике инъекционного химзакрепления грунтов широко применяются инъекторы следующих трех типов конструкций:

забивные инъекторы, предназначенные для силикатизации и смолизации песчаных грунтов одного и того же сечения (рис. 53 и 59), для силикатизации просадочных лёссовых грунтов инъекторы переменного сечения (рис. 59);

инъекторы-гампоны, предназначенные для силикатизации просадочных лёссовых грунтов на большие глубины и для укрепительной цементации грунтов через инъекционные скважины (рис. 60 и 61);

инъекторы манжетно-тампонного типа (рис. 62 и 63), предназначенные для закрепления грунтов через скважины в особо сложных геологических и гидрогеологических условиях.

5.71. При закреплении грунтов по горизонтальной технологии с задавливанием инъекторов из технологических выработок (рис. 64) применяется несколько измененный вариант манжетно-тампонного инъектора, конструктивно приспособленный к задавливанию в грунты колонны труб.

5.72. Забивной инъектор для закрепления песчаных грунтов состоит из наголовника, колонны глухих звеньев труб, перфорированного звена, наконечника и соединительных частей.

Рис. 58. Конструкция забивного инъектора для силикатизации и смолизации песчаных грунтов
а — общий вид; б — перфорированные звенья с резиновыми клапанами; в — то же, с резиновыми кольцами; /—наконечник; 2 — перфорированное звено; 8 — соединительный ниппель; 4 — глухое звено; 5 — наголовник; б—ниппель наголовника; 7—-прижимная гайка;
8 — штуцер; 9 — хомутик; 10 — заглушка; 11 — шланг

содержание .. 5 6 7 8 ..