Читайте также:
|
Преподаватель проверяет представленные конспекты ответов на вопросы их соответствие тематике занятия, объем и глубину изученного вопроса. Дает рекомендации по дальнейшему выполнению самостоятельной работы студента.
Критерии оценки самостоятельной работы:
«Отлично» - студент представил в виде конспекта ответы на все поставленные в методической разработке вопросы, осветил все узловые моменты изучаемой темы и в процессе проведения практического занятия в полной мере использовал материал, изученный самостоятельно.
«Хорошо» - студент представил в виде конспекта ответы не менее чем на 75% поставленных в методической разработке вопросов, в целом осветил узловые моменты изучаемой темы и в процессе проведения практического занятия использовал материал, изученный самостоятельно.
«Удовлетворительно» - студент представил в виде конспекта ответы не менее чем на 50% поставленных в методической разработке вопросов, не достаточно полно осветил узловые моменты изучаемой темы и в процессе проведения практического занятия не смог в достаточной степени использовать материал, изученный самостоятельно.
«Неудовлетворительно» - студент представил в виде конспекта ответы менее чем на 50% поставленных в методической разработке вопросов, не осветил узловые моменты изучаемой темы, а в процессе проведения практического занятия не использовал материал, изученный самостоятельно.
”____”_______________20 г.
Методическую разработку составили: доц. Ю.В.Фоменко, асс.Н.А.Щеблыкина, асс.Т.А.Колесова.
Розділ 5. Закріплення ґрунтів
Лекція № 7. Закріплення ґрунтів
Вступ
Закріпленні ґрунтів заключається в штучному перетворенні будівельних властивостей ґрунтів в умовах їх природного залягання різними методами.
В процесі закріпленні між частинками грунту виникають міцні структурні зв’язки за рахунок ін’єктування в грунт певних реагентів і наступного їх твердіння. Це забезпечує збільшення міцності ґрунтів, зниження їх стискальності, зменшення водопроникності. Важливою умовою застосування ін’єкційних методів є достатньо висока проникність ґрунтів.
Нагнітання закріплюючих реагентів потрібно проводити в різні місця земляного полотна: верхню та відкосні частини, глибинні шари, основу та підошву і т.п. Крім того, методи ін’єкційного закріплення ґрунтів, які не супроводжуються механічними, а особливо динамічними впливами, також використовують для підсилення основ споруд та захисту існуючих споруд.
В таких випадках, в результаті нагнітання закріплюючих реагентів в тілі ґрунтового масиву утворюються штучні тіла із такими будівельними властивостями: підвищеною міцністю, водостійкістю та морозостійкістю.
Функціональні конструктивні елементи із закріпленого грунту можуть бути у вигляді шпон, шпон-паль, паль, стовпів, масивів, армуючого каркасу.
В залежності від властивостей грунтів ін’єкційний спосіб їх закріплення може мати такі особливості.
При нагнітанні в проникний грунт реагенту під тиском 0,5-1,0 МПа відбувається примусове його розповсюдження і просочування без порушення природної структури масиву. Радіус розповсюдження реагенту при цьому залежить від коефіцієнту фільтрації грунту.
При нагнітанні в непроникний грунт реагенту під тиском близько 2,5 МПа відбуваються розриви із заповненням їх реагентом і порушенням природного залягання грунту. Коефіцієнт фільтрації в даному випадку не відіграє такого важливого значення
Як правило, для досягнення високої міцності основи звичайно достатньо заповнити закріпляючим розчином близько 20% об’єму пор ґрунту.
Як приклад, на рис. представлена схема попередження і усунення локальних пучинних деформацій верхньої частини земляного полотна ін’єкційним способом.
Для цього в першому випадку під дорожній одяг в проникні пучинисті грунти нагнітають закріпляючий розчин, для підвищення їх фізико-механічних властивостей.
В другому випадку при наявності непроникних грунтів, нижче них в проникних шарах влаштовують ін’єкційний капіляроперериваючий прошарок.
Теоретичне обґрунтування забезпечення стійкості земляного полотна ін’єкційним закріпленням ґрунтів.
Земляне полотно являє собою інженерну споруду, всі елементи якої працюють спільно. Зміна їх стану спричиняє зміну стану роботи всього земляного полотна. Виходячи з цього, влаштування у ньому нових протидеформаційних конструктивних елементів і зміцнених ділянок із закріпленого ґрунту сприяє зниженню напруженого стану, поліпшенню водного режиму, збільшенню несучої здатності і міцності.
Зниження напруженого стану земляного полотна. Тіло земляного полотна знаходиться в напруженому стані, обумовленому впливом зовнішніх сил (транспортних навантажень, природно-кліматичних факторів) і внутрішніх сил (власної маси ґрунту). У ґрунтах земляного полотна безупинно протікають складні і взаємозалежні тепломасообмінні процеси, що викликають зміни його водно-теплового режиму, міцності, стійкості, напруженого стану. Але зміна напруженого стану земляного полотна відбувається не тільки з цих причин. У результаті створення в ньому конструкцій із закріплених ґрунтів, що сприймають на себе силові навантаження, виникають додаткові сили опору зсувним зусиллям. Внаслідок цього створюється сприятливий напружений стан в з іншим співвідношенням сил або моментів, що утримують земляне полотно в стабільному стані, і сил і моментів, що зсувають і деформують його.
Поліпшення водного режиму земляного полотна. Ґрунти земляного полотна є пористими і, володіючи волого-, повітро - і паропроникністю впливають на процес вологонакопичення. Знизивши його пористість тим самим підвищивши міцність і стійкість земляного полотна, досягається одна із основних задач ін'єкційного закріплення ґрунтів.
Прониканню, у земляне полотно поверхневої води через узбіччя, дорожнє покриття та укоси перешкоджають гідрофобізація або протипучинна обробка верхньої частини, глибинне вапнування ґрунту, зміцнюючий армуючий каркас із затверділого реагенту в тілі земляного полотна, водонепроникне покриття на укосах.
Ін'єкційні шпони або суцільні шари із закріпленого ґрунту в глибині земляного полотна сприяють зменшенню зволоження земляного полотна ґрунтовими водами.
Таким чином, глибинне закріплення ґрунту в земляному полотні виконує функцію, що його певним чином осушує, і є одним зі способів регулювання його водного режиму.
Підвищення несучої здатності і міцності земляного полотна. Суцільне закріплення ґрунту верхньої частини земляного полотна приводить до підвищення його несучої здатності, створенню умов, при яких опір ґрунту навантаженням стає однаковим у різні періоди року.
Збільшення міцності ґрунту при глибинному вапнуванні відбувається за рахунок обмінних реакцій між вапном і ґрунтом, ущільнення і зменшення вологості ґрунту між шпарами при гасінні вапна.
Підвищення міцності ґрунту в тілі земляного полотна досягається також тим, що при ін'єкції закріпляючим реагентом заповнюються наявні розущільнені місця, порожнечі, каверни, канали, тріщини. При затвердінні реагенту в тілі земляного полотна створюється своєрідний каркас, що знижує фільтраційну здатність грунту.
Таким чином, підвищується загальна міцність стабілізованого земляного полотна, під якою розуміється його недеформованість під дією зовнішніх сил і природно-кліматичних факторів.
До теоретичних параметрів ін'єкційного закріплення в загально будівельній практиці відносять - розрахунковий радіус закріплення від одиночного ін’єктора (свердловини); відстані між рядами ін’єкторів (свердловин) і між ін’єкторами (свердловинами) у ряді при суцільному закріпленні; об’єми закріпленого ґрунту; кількість компонентів (закріплювача, затверджувача, води), необхідних для приготування розчинів.
Для стабілізації земляного полотна придатні наступні параметри закріплення в проникних ґрунтах, прийняті в загально будівельній практиці.
Для одержання суцільного шару, стінки або моноліту з закріпленого ґрунту ін’єктори в плані мають розміщують рядами в шаховому порядку, а відстань між рядами визначають по формулі
lр= 1,5 r, (1)
де r - розрахунковий радіус закріплення ґрунту від одного ін’єктору, що визначається дослідним шляхом.
Відстань між ін’єкторами в рядах дорівнює
lu = 1,73 r (2)
Глибина закріплення може бути обчислена по формулі
Н = кh, (3)
де к - кількість прийнятих заходок в одній ін'єкційній свердловині; h - глибина однієї заходки.
Глибина заходки
h = 0,85 r + ln, (4)
де ln - довжина перфорованої частини ін’єктору.
Для одержання суцільної стінки із закріпленого ґрунту відстань між ін’єкторами знаходять за формулою
lu = 1,4 r (5)
Для визначення тривалості нагнітання використовують формулу
τ = t α (7)
де t - час гелеутворення розчину, що визначається від моменту введення в нього затверджувача до моменту переходу суміші з рідкого в желеподібний стан;
а - коефіцієнт запасу, рівний 0,7-0,9 і встановлюється на основі лабораторних даних для кожного розчину.
Для визначення кількості робочого розчину, необхідного для закріплення деякого об’єму ґрунту в земляному полотні, можна використовувати формулу
Q=Vna, (8)
де V – об’єм ґрунту, що закріплюється; n - пористість ґрунту в частках одиниці;
а - коефіцієнт заповнення пор ґрунту, що залежить від ряду факторів і приймається в межах 0,7-1.
При розрахунку тиску при нагнітанні розчину в ґрунт під існуючий дорожній одяг необхідно, щоб на поверхні покриття не виникало нерівностей і тріщин. Для цього допустимий тиск установлюють з умови рівноваги системи "маса дорожнього одягу - тиск у порах ґрунту" за виразом
Рqon ≤ Роq, (9)
де Рqon - тиск розчину, що нагнітається;
Рoq - протитиск від маси вище лежачих шарів дорожнього одягу
, (10)
де γі, zі - відповідно середня щільність і товщина кожного конструктивного шару дорожнього одягу;
А - коефіцієнт, що враховує монолітність шарів дорожнього одягу, прийнятий рівним 0,2-0,4.
При нагнітанні в шари, що лежать нижче основи дорожнього одягу, допустимий тиск визначають приблизно за такою формулою
Рqon= γ h+Po (11)
де γ - маса ґрунту вище глибини нагнітання; h - глибина нагнітання; Ро - тиск у свердловині до нагнітання (поровий тиск).
Розрахунки стійкості земляного полотна з ін'єкційними конструкціями у вітчизняній і закордонній дорожній практиці докладно ще не розроблені.
Запропоновані розрахункові схеми стійкості земляного полотна, укріпленого ін'єкційним способом, засновані на використанні загальних законів механіки ґрунтів і теорії пружності. Вони розроблені з врахуванням того, що в ньому виникають додаткові сили опору зсуву завдяки влаштуванню конструкції із закріпленого ґрунту.
В залежності від виду нагнітаючого матеріалу говорять про цементацію, силікатизацію і смолізацію ґрунту.
Цементацію приймають при укріпленні грунтів, що володіють великою водопроникністю (тріщинувато-скельні породи, великоуламкові грунти, крупні та гравіюваті піски) з коефіцієнтом фільтрації більше 100 м/добу.
Цементацію використовують також для заповнення карстових пустот.
Цементаційний розчин звичайно складається з цементу і води при водоцементним спыввідношенням 0,4-1,0.
Для цементації ґрунтів застосовують забивні ін’єктори або ін’єктори-тампони, що опускаються в пробурені свердловини. Ін’єктори являють собою трубу діаметром 25-100мм. Після занурення ін’єктора в ґрунт або свердловину в трубу під тиском подається чиста вода і свердловина промивається. Потім через трубу нагнітається цементний розчин, який проникає в ґрунт, цементуючи його.
При цементації карстових порожнеч і тріщинуватої скелі застосовують цементаційний розчин при невеликому водоцементному співвідношенні. Крім того, у розчин часто додають пісок.
Радіус закріплення ґрунту, тиск нагнітання, витрата цементного розчину і міцність зацементованих ґрунтів встановлюють у процесі дослідних робіт.
Метод цементації застосовують також для посилення конструкції самих фундаментів. Для цього в тілі фундаментів пробурюються шпури, через які в матеріал або кладку фундаменту під високим тиском нагнітається цементний розчин.
Силікатизація ґрунтів (нагнітання силікату натрію Na2O nSiO2 - рідкого скла) застосовується для хімічного закріплення пісків з коефіцієнтом фільтрації від 0,5 до 80 м/добу, макропористих просадних ґрунтів з коефіцієнтом фільтрації від 0,2 до 2,0 м/добу і окремих видів насипних ґрунтів.
Забиванням або вібрацією занурюють ін’єктор – перфоровану трубу довжиною близько 1 м. Через ін’єктор спочатку нагнітають розчин рідкого скла, а потім – хлористого кальцію. В результаті їх взаємодії утворюється гель кремнієвої кислоти (SiO2 nН2O), який поступово цементує частинки піску, і досягається міцність на стиск близько 2 МПа. Від одного ін’єктора укріплюється стовп ґрунту радіусом 0,3-1,0 м. Розміщуючи ін’єктори в шаховому порядку, закріпляють необхідний об’єм ґрунту.
Піщані ґрунти з коефіцієнтом фільтрації 2-80 м/добу закріплюються двохрозчинним способом силікатизації, розробленим Ржаніциним. Спосіб полягає в наступному. У ґрунт занурюють ін’єктори, що представляють собою труби діаметром 38мм із нижньою перфорованою ланкою довжиною 0,5-1,5 м. Через ін’єктори в ґрунт нагнітається розчин силікату натрію під тиском до 1,5 МПа. Через сусідню трубу нагнітають розчин хлористого кальцію. Ін’єктори занурюються попарно на відстані 15...25 см один від одного. Радіус закріплення ґрунту складає 30...100 см. Процес гелеутворення протікає дуже швидко. Після повного твердіння гелю, закріплений піщаний ґрунт має міцність при стиску 2...5 МПа.
При закріпленні дрібних пісків і пливунів, що мають коефіцієнт фільтрації в межах 0,5...1,0 м/добу, у ґрунт нагнітається підготовлений заздалегідь гелеутворюючий розчин, що представляє собою суміш розчинів закріплювача та затверджувача. Варіюючи склад затверджувача, можна регулювати в широких межах (від 20-30 хв до 10-16 год) час гелеутворення. Для забезпечення необхідного радіуса закріплення в малопроникних ґрунтах застосовуються рецептури з великим часом гелеутворення. Міцність гелів кремнієвої кислоти по однорозчинних рецептурах невелика. Закріплені ними піски і пливуни мають міцність на одноосьовий стиск порядку 0,2 МПа, за винятком кремнефторсилікатної рецептури, що збільшує міцність до 2-4 МПа, і силікатно-органічних рецептур.
Силікатизація ефективна при закріплення макропористих лесових ґрунтів внаслідок їхньої високої проникності. Особливістю силікатизації лесів є те, що до складу цих ґрунтів входять солі, що виконують роль затверджувача рідкого скла. Тому силікатизація лесів проводиться класичним однорозчинним методом, що здійснюєтьчся ін'єкцією розчину силікату натрію. Процес гелеутворення відбувається миттєво, міцність росте дуже швидко і може досягати для закріпленого масиву 2 МПа і більше.
Схема закріплення методом силікатизації основи фундаменту
За пропозицією Соколовича застосовують газову силікатизацію піщаних і макропористих лесових ґрунтів, засновану на використанні в якості затверджувача рідкого скла вуглекислого газу (діоксиду вуглецю). Технологія способу; полягає в тому, що в ґрунт через забиті ін’єктори або спеціально обладнані свердловини нагнітається вуглекислий газ для попередньої активізації ґрунту, потім розчин силікату натрію і знову вуглекислий газ для затверднення. Міцність закріплених методів газової силікатизації пісків складає 0,8 - 1,5 МПа, лесових ґрунтів - 0,8-1,2 Мпа.
Для суцільного закріплення масиву ґрунту ін’єктори розташовують у шаховому порядку. Відстань між рядами ін’єкторів визначають за формулою
а відстань між ін’єкторами в ряді за формулою
де r - радіус закріплення, що міняється в залежності від рецептури закріпляючих розчинів і коефіцієнту фільтрації ґрунту в межах 0,3...1,0 м.
Обсяги закріпляючих розчинів знаходять по залежності
VS =100 VnaS
де V - обсяг ґрунту, що закріплюється; n - пористість ґрунту; а - коефіцієнт, прийнятий при двохрозчинній силікатизації для всіх видів розчинів – 0,5; при однорозчинній силікатизації пісків - 1,2; лесових просадних ґрунтів - 0,7; при газовій силікатизації піщаних ґрунтів - 0,7; пливунів і лесових просадних ґрунтів - 0,8.
Уточнення технологічної схеми і параметрів закріплення виробляється шляхом проведення дослідних робіт. Якість закріплення ґрунтів перевіряють бурінням контрольних свердловин з відбором кернів та з визначенням фізико-механічних властивостей.
Силікатизація застосовувалась в Одесі для закріплення грунту під фундаментом Оперного театру. У 80-х роках минулого сторіччя виконана силікатизація грунту під фундаментом Київського театру опери та балету.
Смолізація.
Метод закріплення ґрунтів смолами одержав назву смолізація. Суть його полягає у введенні в ґрунт високомолекулярних органічних сполук типу карбамідних, фенолформальдегідних та інших синтетичних смол у суміші з затверджувачами (5% розчин соляної кислоти НСl) - кислотами, кислими солями.
Через визначений час у результаті взаємодії із затверджувачами смола полімеризується. Час гелеутворення в даному випадку складає 1,5-2,5 год. Метод смолізації рекомендується для закріплення сухих і водонасичених пісків з коефіцієнтом фільтрації 0,5-25 м/добу. Міцність на одноосьовий стиск закріпленого карбамідною смолою піску коливається в межах 1-5 МПа і залежить в основному від концентрації смоли в розчині.
Організація робіт із закріплення ґрунтів смолами аналогічна організації робіт із силікатизації. Радіус закріпленої області основи складає 0,3-1,0 м в залежності від коефіцієнта фільтрації піску.
Закріплення карбамідними смолами успішно застосовувалося при будівництві Харківського метрополітену.
Дата добавления: 2014-12-15; просмотров: 111 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |