Om det är nödvändigt att bygga en byggnad på inte särskilt starka jordar, är ytterligare förstärkning av den senare nödvändig. Detta kan göras med hjälp av bindematerial, som inkluderar till exempel cement. Detta kommer att öka styrkan, liksom frost- och fuktbeständigheten i jorden.

För att välja rätt bindemedel är det först nödvändigt att bestämma jordens egenskaper. De mest effektiva idag är kombinerade bindemedel, till exempel föreningar av cement och bitumenemulsion. Förstärkning kan göras direkt på plats till ett ganska stort djup - cirka 50 centimeter. Utrustningen som används idag gör det möjligt att få en jämn yta även vid arbete med vattensjuk jord och jord med olika egenskaper.

Bland bindematerialen används förutom cement även bränd kalk. Typiskt är sådana material tillräckliga endast upp till 10% av jordens massa, som förstärks. Cement används oftast för att stärka sandiga och leriga jordar. Förstärkning av till exempel tung lerjord görs bäst med kalk. Ovanstående material kombineras ofta med bitumenemulsion. Denna förening är mest effektiv för sandjordar, men kan användas för nästan vilken jord som helst. I det här fallet bör mängden emulsion inte vara mer än 10% av jordens massa, som förstärks. Kalciumklorid används ofta som tillsats till bindemedel. Dess andel bör dock inte överstiga 1 %.

Förstärkande process

För att ordentligt stärka jorden med cement måste följande steg vidtas. Först planeras basytan, varefter den korrekta dosen av krossad sten eller sand som används, såväl som bindemedlet, bestäms. Det översta jordlagret blandas med de ovan beskrivna ämnena med hjälp av en speciell jordblandningsmaskin.

Vid förstärkning av jorden är det nödvändigt att vägledas av dokumentationen av GOST 30491-97 "Ekologisk-mineralblandningar och jordar förstärkta med bindemedel för vägbyggnad", samt säkerställa kraven på jord, blandningar och kläder DIN 18 134 och SNiP 2.05.02-85.

Enligt statistik är den främsta orsaken till nödsituationer under driften av byggnader och strukturer störningar av fundamenten. Detta beror vanligtvis på bristen på tillförlitlig information om de geologiska förhållandena och markegenskaperna på anläggningsplatsen, antagandet av felaktiga beslut på konstruktionsstadiet och byggnadsarbeten av dålig kvalitet.

Karakteristiska tecken på bristande överensstämmelse med bas- och grundstrukturerna i en byggnad med de nödvändiga parametrarna är sprickor i ytterväggarna, källaren, snedvridningar av dörr- och fönsteröppningar, ojämn sättning och andra. Ett snabbt slutförande av arbetet för att identifiera skador i strukturer och förstärka defekta element, inklusive grundjordar, är en förutsättning för tillförlitlig och problemfri drift av byggnader.

Varför finns det ett behov av att förbättra kvaliteten på stiftelser?

Förstärkning av grundjordar kan utföras både för att återställa de operativa egenskaperna hos befintliga strukturer och under konstruktionen av nya. I det första fallet, de exakta orsakerna till felet byggnadskonstruktioner fastställts vid den tekniska besiktningen. De vanligaste bland dem är följande:

• försämring av de geologiska förhållandena på platsen över tiden;
• en ökning av de belastningar som överförs av byggnaden till grunden när du utför återuppbyggnad, lägger till golv eller installerar ytterligare utrustning;
• uppkomsten av tidigare oredovisade belastningar från byggandet av en ny byggnad bredvid den befintliga;
• manifestation av sättningsegenskaper hos grundjorden när den är blöt med mark- och ytvatten av naturligt och konstgjort ursprung;
• tvättning och utbuktning av grundjord vid grävning av en grop för en ny byggnad intill den befintliga grunden;
• dynamiska och vibrationsbelastningar som uppstår under bygg- och installationsarbeten bredvid en befintlig byggnad;
• jordfrysning på vintern;
• ojämn avveckling av grundstrukturer;
• deformation av fundament med utseende av sprickor, spån, brott mot skyddsskiktet av betong, exponering och korrosion av armering.

Under byggandet på en nytilldelad plats bestäms behovet av att stärka marken, liksom möjligheten att utföra detta arbete ur ekonomisk synvinkel, baserat på resultaten från tekniska och geologiska undersökningar. Markförstärkningsmetoden används i samband med tekniska lösningar för konstruktion av fundament under projektering.

Bedömning av grunder och fundaments skick

En omfattande undersökning och bedömning av det tekniska tillståndet hos byggnadskonstruktioner (inklusive baser och fundament) utförs för att identifiera överträdelser i deras drift, underbygga orsakerna och bestämma de möjliga konsekvenserna av deformationer. Baserat på bedömningsresultaten väljs de mest tillförlitliga och ekonomiska kompensationsåtgärderna för att utesluta ytterligare utveckling av deformationer. Arbetet omfattar flera steg.

Först studeras och analyseras befintlig undersöknings- och designdokumentation och data från tidigare undersökningar (om några). Därefter utförs en visuell inspektion av markdelen av byggnaden för att bestämma karaktären av deformationerna (fasader, bärande väggar, pelare). Den omgivande situationen beaktas: förekomsten av andra strukturer, gropar, vägar och järnvägar nära de strukturer som undersöks.

I den underjordiska delen av byggnaden är grundkonstruktionerna och den bärande grunden föremål för inspektion. För att inspektera fundament och instrumentell analys av material, öppnas gropar vid kontrollpunkter längs byggnadens omkrets. Gropdjupet antas vara 0,5 m under fundamentets bas. Som ett resultat av inspektionen och instrumentmätningarna bestäms de geometriska parametrarna för fundamentet, kvaliteten på materialen, tillståndet för vattentätningsskyddet och förekomsten av skador.

Markundersökning utförs genom att borra brunnar med provtagning och analys av prover. På detta sätt bestäms basens resterande fysikaliska och mekaniska egenskaper. Baserat på resultaten av det utförda arbetet utförs verifieringsberäkningar för att fastställa den verkliga bärförmågan för jordar och grundkonstruktioner, och en slutsats utfärdas om dess tillräcklighet. När man väljer ett alternativ för att förstärka grundkonstruktioner och jordar, fattas de mest tekniskt och ekonomiskt sunda besluten.

Metoder för att stärka grundjordar

I motsats till att stärka olika strukturella element i en byggnad (som väggar, pelare, fundament) finns det inga standardlösningar för att förbättra egenskaperna hos grundjordar. Fästning utförs enligt ett individuellt utvecklat projekt enligt principerna för en specifik metod. De viktigaste metoderna för jordförstärkning inkluderar: fysikalisk-kemiska, mekaniska (komprimering) och strukturella.

Fysikalisk-kemiska metoder

Fysikalisk-kemiska metoder för jordförstärkning anses vara de mest moderna och mycket effektiva. Bland dem finns följande.

Silikering- Injektion av basjord med flytande glaslösningar. Lösningen tillförs under tryck upp till 0,6 MPa till förborrade brunnar genom perforerade rör. Metoden används för att öka styrkan på sand av olika storlekar och bulkjordar. Under siliciseringsprocessen skapas en kolonn av förstärkt bas med en diameter på upp till 2 m runt varje brunn.

Cementering används för att konsolidera jordar av sättningstyp, permeabla, spruckna stenar, löss och grov sand. Jordinjektion utförs med en vattencementlösning (ibland med tillsats av sand) under tryck upp till 10 MPa. Som ett resultat av cementering fyller lösningen jordens porer och bildar en ny, höghållfast grund.

Smolisering innebär att injicera syntetiska hartser med härdare i basjorden. Metoden används för att förstärka dammiga, fin sand, sandig lerjord och lerjord. Vertikala, horisontella och lutande metoder för att installera injektorer används.

Lerande, eller injektion av en lersuspension, utförs för att reducera filtreringsegenskaperna hos den sandiga basen. Som ett resultat av penetrationen av lerpartiklar i jordens porer blir den slamad och igensatt, vilket skapar en vattentät zon. Metoden används vid låga flödeshastigheter grundvatten eftersom lerpartiklar kan föras bort av flödet.

Bituminisering Det är också ett sätt att minska jordens filtreringsegenskaper och används vid höga hastigheter för grundvattenrörelser. Det finns varma och kalla bitumeniseringsmetoder. I det första fallet tillförs smält bitumen till förborrade brunnar och i det andra fallet tillförs bitumenemulsion. I båda fallen är resultatet skapandet av en vattentät zon runt injektorn.

Termisk sätt används för att förstärka jordar med sättningsegenskaper. Kärnan i metoden är att bränna bränsle i en förborrad brunn. För att tillåta bränsle att brinna på djupet tillförs luft till brunnen. Eliminering av sättningsegenskaper hos mark sker under påverkan av temperaturer från 400 till 800 grader Celsius. Varje brunn låter dig säkra en jordmassa med en diameter på upp till 2,5 m.

Förstärkning av grundjordar med strukturella element

De viktigaste konstruktiva metoderna för förstärkning är följande:

• markkuddar. Metoden går ut på att ersätta svagbärande jord som ligger under grunden med lågkompressibel jord. Sand, krossad sten och vissa slaggslag används som det senare. Vid läggning komprimeras jorden för att förhindra efterföljande sättning;
• spont. Metoden används för att förhindra att svagt bärande fundament sticker ut under fundamentet. I det här fallet installeras ett staket av pålstrukturer längs fundamentets omkrets på ett minsta avstånd från det. Pålarna slås ner i ett lager av tät jord, som passerar genom den svagt bärande jorden.

• förstärkning. Metoden låter dig öka jordens hållfasthetsegenskaper och eliminera sättningar. Förstärkning innebär införandet av ytterligare höghållfasta element i jorden, som, när de arbetar tillsammans med den, kommer att ge de nödvändiga egenskaperna hos fundamentet. Betong, armerad betong, jordcement, cement-sandbruk och andra används som förstärkningselement.

• antifiltreringsgardiner. Metoden används för att förhindra filtrering av grundvatten genom grundjorden. Aktiviteten utförs genom att hälla en tixotrop suspension i tidigare preparerade brunnar. Suspensionen är framställd på basis av bentonitlera, som kan absorbera vatten i stora mängder och, efter förtjockning, skapa en vattentät skärm.

Mekaniska metoder

Mekaniska metoder för att stärka markfundament är olika alternativ deras sigill. Det finns två huvudsakliga metoder för packning: ytlig och djup.

Ytkomprimering utförs med hjälp av sabotage, rullar, lastkomprimeringsmaskiner och vibratorer. Denna metod används vanligtvis när det är nödvändigt att komprimera till ett djup av 1,5-2 m Men användningen av tunga manipuleringsmaskiner gör det möjligt att komprimera fundamentet till ett djup på upp till 10 m. Det finns också metoder för att packa en grundgrop med hjälp av tamper formad som själva grunden.

Djup jordpackning utförs på följande sätt:

• installation av jord- och sandhögar i bulkjordar och löss med sättningsegenskaper. Metoden går ut på att man kör in ett rör i basen, under vilket den omgivande jorden komprimeras. Efter körning fylls röret med sand med lager-för-lager packning. När sanden fylls på, tas röret gradvis bort från marken. Pålarna är förskjutna så att de förstärkta jordzonerna överlappar varandra;
• vibrationskomprimering med hjälp av specialutrustning - vibratorer, vibrerande maces. Metoden används för att förstärka sandiga, vattenmättade jordar och består i att sänka ner en vibrerande projektil i jordtjockleken;
• Förblötläggning eliminerar sättningar av grundjorden. Metoden används vanligtvis vid nybyggnation på tillräckligt avstånd från befintliga byggnader och konstruktioner, eftersom det finns risk för att deras grunder blir blöta.

En annan metod för mekanisk packning är preliminär komprimering av jordar. Kompression utförs genom att ladda en svag bas mättad med vatten med en tillfällig invallning, som ett resultat av vilket vatten pressas ut ur jordens porer, följt av dess komprimering. I detta fall måste trycket som skapas av vallen överstiga trycket från den designade strukturen. Kompression kan också göras genom att sänka grundvattennivån genom att pumpa det genom brunnar eller genom att organisera dränering.

Slutsatser

Förstärkning av grundjord utförs i följande fall:

• om det är nödvändigt att återställa korrekt funktion av de bärande elementen i en befintlig byggnad;
• vid nybyggnation på en plats med dåliga tekniska och geologiska förhållanden.

I det första fallet utförs arbetet vanligtvis i samband med att förstärka och reparera fundament och har begränsningar i valet av metoder (för att undvika påverkan på närliggande byggnader). Vid förstärkning av jordar på en ny plats bestäms valet av metod endast av tekniska och ekonomiska motiveringar.

Markförstärkning möjliggör användning för nybyggnation tomter, med uppenbarligen låga ingenjörsgeologiska indikatorer, såväl som territorier som inte är lämpliga för lantbruk(kärr, bulkjordar och annat) och andra typer av aktiviteter. Moderna högteknologiska metoder för att öka bärförmågan hos stiftelser tillåter en mer rationell inställning till utvecklarens användning av arbetskraft, territoriella och ekonomiska resurser.

Jordförstärkning med organiska bindemedel utförs på samma sätt som med mineralbindemedel, genom blandning på vägbädden med en vägkvarn eller engångsjordblandare samt i ett stenbrott i en jordblandningsanläggning. Den färdiga blandningen läggs i beläggningen med hjälp av en självgående asfaltläggare eller väghyvel med packning med hjälp av en självgående vält på pneumatiska hjul.

Om det är nödvändigt att ytterligare fukta jorden när du förstärker den med bitumenemulsion, bör mängden vatten i emulsionen beaktas, och det är tillrådligt att ändra koncentrationen av emulsionen från 55...50 till 35. 0,40 %.

Vid förstärkning av jorden med organiska bindemedel med tillsats av kalk ska jorden först behandlas med kalk och först efter 12...14 timmar behandlas blandningen av jord och kalk med ett organiskt bindemedel.

Vid förstärkning av jorden med ett organiskt bindemedel med tillsats av cement bör skötseln av det utlagda lagret liknas vid förstärkning av jorden med enbart cement.

För att förbättra malningen av tung lera och lera i torrt väder bör de först krossas med tillsats av en ytaktiv tillsats (SSB, OP-7, OP-10 i en mängd av 0,05...0,5% av jordmassan) .

Jordar förstärkta med harts-bitumenbindemedel (bitumenemulsion - emulgerat bindemedel 40% och ureaharts 60%) används för konstruktion av beläggningar på vägar i kategori IV och III och de övre basskikten för asfaltbetongbeläggningar.

Bitumenemulsionen måste vara av anjonisk direkttyp, långsamt sönderfallande, karbamidharts typ UKS och M 19-92. Härdaren är ammoniumklorid (GOST 2210-73) i en mängd av 10...20 % av bindemedlets vikt. Förbrukningen av tjärbitumenbindemedel för att förstärka jordar anges i tabell. 2.28.

Tabell 2.28

Förbrukning av tjärbitumenbindemedel

Harts-bitumenbindemedel med tillsats av härdare måste införas i jorden och komprimeras inom upp till 3 timmar. Bindemedel utan härdare kan lagras i högst 3 dagar. Trafik på ett jordlager förstärkt med harts-bitumenbindemedel kan öppnas efter 2 dagar i torra väderförhållanden med en temperatur på 15°C och över.

2.4.4. Komplexa och andra metoder för jordförstärkning

Komplexa metoder för jordförstärkning bygger på användningen, förutom det huvudsakliga mineraliska eller organiska bindemedlet, av små tillsatser av olika ytaktiva ämnen eller annan typ av bindemedel. Denna metod ger betydande fördelar, varav de viktigaste är:

Möjlighet att använda för att förstärka olämpliga jordar;

Minskad förbrukning av huvudbindemedlet;

Öka styrkan och frostbeständigheten hos förstärkta jordar;

Minska arbetskostnaderna när man krossar jord och blandar den med bindemedel.

Med komplexa metoder för jordförstärkning bildas komplexa kombinerade rumsliga typer av binära strukturer, ömsesidigt alternerande i mikrovolymer och penetrerar varandra.

Till exempel, när man förstärker jordar med cement och bitumenemulsion, bildas en rumslig binär struktur - koagulering-kristallisation.

Som tillsatser vid förstärkning av jord med cement kan du använda släckt eller mald bränd kalk, kalciumklorid, gips och ett antal ytaktiva hydrofoba ämnen (polyakrylomid, abietisk harts, ferromylonaft, etc.). Kalk tillsätts för att stärka sura eller salthaltiga sandjordar, lerjordar och leror som har pH under 6 med luftfuktighet 4...6 % mer än optimalt (1...3 viktprocent).

Kalciumklorid (0,4...0,8 viktprocent) används vid låga eller negativa lufttemperaturer för att påskynda härdningsprocesser. Natriumsilikat (0,5...2,0 viktprocent) används för att öka cementjordens styrka, påskynda dess härdning och minska cementförbrukningen i sandiga och leriga karbonatjordar. Genom att tillsätta pyridin (0,05 viktprocent av jorden) i form av en vattenlösning blir det möjligt att minska cementförbrukningen med 1,5 gånger. Pyridin och dess derivat är avfall från den petrokemiska industrin.

Vid förstärkning av jordar med kalk tillsätts natriumsilikat eller flygaska som erhålls från förbränning av brunkol, torv och kol till blandningen i ett förhållande av 1:2 till 1:5 (aska-kalkbindemedel).

För att öka vattenresistensen hos den mark som stärks är det effektivt att tillsätta ämnen till bitumenet som främjar bildningen av kemisorptionsföreningar på ytan av jordpartiklar mättade med kalcium- (eller järn)joner.

Den högsta hållfastheten, vatten- och frostbeständigheten hos bitumen erhålls genom att tillsätta anjoniska ämnen av organiska syror eller fenoler till den, och kalk till jordar.

Syftet och urvalet av ämnen för komplex förstärkning av jordar med organiska bindemedel utförs efter en detaljerad studie av egenskaperna hos ämnen och prover från en bitumen-jordblandning med tillsats av testämnet.

Jordcementering

Cement-jord-tekniken bygger på att blanda cement och naturjord till ett homogent tillstånd vid en specificerad vattenhalt och packning för att ge den förstärkta jorden vissa egenskaper: styrka, stabilitet, frostbeständighet, etc. .

För första gången i Ryssland användes cement för att stärka jordar för byggande av trädgårdsgångar. Efter revolutionen utfördes de första experimenten med att stärka jordar med Portlandcement 1927 på experimentella spår av Leningrad Road Research Bureau.

Laboratoriestudier om förstärkning av jordar med cement utfördes också av CIAT och DorNII. Positiva forskningsresultat gjorde det möjligt att stärka jorden med cement under asfaltbetongbeläggningar på tillfartsvägarna till territoriet för All-Union Agricultural Exhibition. I efterkrigstiden Den utbredda introduktionen av cementjordar i väg- och flygfältsbyggen börjar. Cement-jordfundament användes istället för krossad sten och sandlager på motorvägarna Moskva-Kharkov (1946-1949), Moskva-Leningrad (1949), Moskva-Ryazan (1950), etc. Verken av V. M. Bezruk, som till följd av många års forskning utvecklat teoretiska och praktiska rekommendationer förstärkning av jordar med cement. Som Bezruk noterar, påverkas effektiviteten av att förstärka jordar med cement extremt av den kemiska och mineralogiska sammansättningen av cement, tillkomsten, sammansättningen och egenskaperna hos jordar, särskilt deras befolkning och sammansättningen av utbytbara katjoner. Införandet av vissa ämnen i cement-jordblandningar (till exempel tvålnafta, saapstock etc.), som bildar hydrofoba och andra ämnen som fyller porerna med cementhydrolysprodukter, kan i vissa fall ge dem ökad vattenpermeabilitet. Sedan 80-talet av förra seklet har arbetet framgångsrikt utförts för att stärka jordar med cement med en integrerad metod, som ger ett riktat inflytande på processerna för jordcementering. Men mer om det nedan.

Utomlands började cement-jordteknologier också utvecklas under första hälften av 1900-talet. På 1920-talet i USA användes cementjordar för att göra ytor för landsvägar. Efter andra världskriget blev denna metod utbredd i England, Belgien, Holland och andra europeiska länder. Således, i Holland, sedan 1956, tiotals miljoner kvadratmeter jord. Nästan överallt var det sandigt och därför kallades denna teknik för sandcementteknik. Under 80-talet av förra seklet i Tyskland användes cirka 1 miljon ton cement årligen på att stabilisera sand i norra landet (hamnanläggningar i Hamburg, lagringsområden) och under byggandet av landsvägar. I Frankrike började denna teknik användas 1972 tack vare cementföretagens aktivitet.

De flesta utländska publikationer noterar att förstärkning av jordar med cement eller en blandning av cement och kalk för att täcka landsvägar, istället för mekaniskt packad stenfyllning, verkar vara en mycket ekonomisk lösning. Förutom landsvägar kan cementjordar användas för att anlägga beläggningar för lagerutrymmen, parkeringar, järnvägsfundament, kanaler, grundläggning av vissa typer av byggnader samt jordar avsedda för byggande av stora jorddammar. Tydligen är arbetets cement-jordteknik av stort intresse för vägbyggnadsföretag och läsare av tidningen.

Låt oss försöka att kortfattat täcka denna fråga.

Innan du börjar arbeta med att stärka jorden är det nödvändigt att utföra en preliminär analys i laboratoriet och sedan, under arbetet, utföra konstant övervakning. Jordar skiljer sig främst i sin natur, granulometri och vattenhalt.

Jorden kan vara mer eller mindre sammanhållen och innehålla olika proportioner lera och lera.

När lerhalten är hög används den så kallade blandade förstärkningen, där kalk (2-5 %) först tillsätts jorden för att förbättra flockningen och i slutändan sönderfallet av jorden när fordon passerar. Jordar som innehåller sulfater (mer än 1%) kan vara farliga eftersom sulfatet reagerar med cementen. I detta fall är det nödvändigt att använda antingen cement med en låg halt av trikalciumaluminat (cement avsedd för marint arbete) eller cement med ett högt innehåll av mineraltillsatser (flygaska, masugnsslagg, puzzolaner). Du måste vara extra försiktig när det gäller att delvis dränera våt eller vattenmättad jord efter regn. Detta görs med bränd kalk eller genom att lufta jorden med en "ripper".

jordar som innehåller sulfater (mer än 1%) kan vara farliga eftersom sulfatet reagerar med cement

Vanligtvis utförs jordtester för att bestämma jordens huvudsakliga egenskaper: flytgräns, plasticitetsgräns, granulometrisk kurva, etc.; fastställa den optimala förbrukningen av vatten och cement. Cementförbrukningen kan variera mellan 4-12% beroende på jordmån. Oftast är det 6-20%. Till exempel i tabell. 2 tillhandahåller data hämtade från regleringsdokument Tyskland.

Tabell 2. Cementförbrukning beroende på markens beskaffenhet

Markens natur	Cementförbrukning
	% torr jord	kg/m 3 komprimerad bas
Grus-sand	4-7	80-120
Lerig sand	6-10	120-160
Sand med en rad partiklar	8-12	150-200
Lerjord	7-12	120-200
Lera	10-16	180-240

Vid förstärkning av plastjord används en blandning av kalk (2-3%) och cement. Dessutom genomförs frystester för plastjordar. Vid täckning av landsvägar med cementjord utförs arbetet i flera etapper.

Steg 1. Utjämning och rengöring av jorden för att avlägsna organiskt material (gräs, gräs, rötter etc.) och efterföljande utjämning. Om jorden är överdrivet torr, fuktas den för att jämna ut innehållet och uppnå enhetlig sammansättning. Fördelningen av cement och kalk över ytan sker i små volymer handgjorda, eller med hjälp av en gångjärnsmekanism - en "distributör" av pärmen.

Steg 2. Blandning. Blandning av jorden med bindemedlet utförs i flera på varandra följande passager av maskinen (4-6 gånger tills en homogen blandning erhålls) (Fig. 1). En sådan maskin är utrustad med horisontella skivor eller horisontella eller vertikala blad. Typiskt är tjockleken på cement-jordlagret 15-35 cm.

Steg 3. Profilering och packning. Profilering av duken utförs med väghyvlar. Efter detta komprimeras jorden med flera passager av en pneumatisk eller vibrerande rulle. Packningsgraden måste nå minst 90 % av den som erhålls på provet i laboratoriet. Efter kompaktering av cementjorden med en rulle börjar den slutliga planeringen av vägytan.

Steg 4. Det sista steget är att skydda vägytan med plastfilm eller annat täckmaterial, följt av täckning med ett lager sand. Sådant skydd är nödvändigt för att undvika avdunstning av vatten från den behandlade jorden och dessutom för att skydda vägytan från regn. Ungefär samma teknik används för att stärka grunden för vissa typer av motorvägar. Endast i detta fall blandas den utjämnade och utjämnade jorden med sand.

Utvecklingen av metoder för kemisk konsolidering av jordar började 1931, då husvetaren B.A. Rzhanitsyn utvecklade en unik tvålösningsmetod för silikatisering av vattenmättad sand. Samma schema användes för silikatisering av avtagande lössjord, där rollen som det andra reagenset utfördes av jorden själv.

På inledande skede kemiska metoder för fästning baserades på användningen av en oorganisk polymer - natriumsilikat. I nästa steg började forskare blanda lågdensitetsnatriumsilikat med härdande lösningar av syror och salter. Lösningarnas låga viskositet (1,5--3,0 mPa.s) gjorde det möjligt att konsolidera sandjordar med en filtreringskoefficient på 0,2 till 2,0 m/dag.

Idag, på grund av den betydande utvecklingen av organisk polymerkemi, är de mest populära reagensen hartser som produceras av den kemiska industrin, nämligen urea-formaldehyd (urea) harts. Salt- och oxalsyra används som härdare. Viss toxicitet orsakad av frigörandet av fri formaldehyd under utvecklingen av en fixerad massa, d.v.s. när man gräver en tunnel eller öppnar en grop, begränsar dock användningen av denna metod. Som ett resultat av laboratoriestudier var det möjligt att avsevärt minska frisättningen av fri formaldehyd. Detta minskade hållfastheten i fästet något, men gjorde det möjligt att använda hartsbehandling vid schaktning av underjordsarbeten.

Vid utveckling av recept för kemiska metoder för fixering av sand och löss stort bidrag bidragit av doktorer i tekniska vetenskaper V.V. Askalonov och V.E.

Kemisk konsolidering av jordar i vid mening är en konstgjord, målinriktad omvandling byggfastigheter naturliga jordar genom deras kemiska behandling med olika reagens, baserat på reaktionerna av interaktion mellan reagenser med varandra eller med deltagande av den kemiskt aktiva delen av jorden. Sådan konsolidering av jordar säkerställer irreversibiliteten och hållbarheten hos deras förvärvade egenskaper.

Injektionskemisk konsolidering ökar irreversibelt den mekaniska styrkan och stabiliteten, minskar kompressibiliteten och vattengenomsläppligheten hos jordar och eliminerar även sättningar vid blötläggning av löss och lössliknande jordar, vilket ger breda möjligheter för dess användning för att lösa många praktiska problem i konstruktionen.

Inom industriell och civil konstruktion används injektionskemisk konsolidering av jordar för:

förstärkning och arrangemang av fundament för nybyggda byggnader och strukturer;

stärka grunden för befintliga byggnader och strukturer;

installation av skyddsväggar och andra underjordiska strukturer från fasta jordar som åtgärder mot markrörelser under deras utgrävning genom gruvdrift;

installation av stödmurar och förstärkning av sluttningar vid öppning av bygggropar och andra öppna arbeten;

öka bärförmågan hos pålar och andra stöd;

som en tillfällig åtgärd vid schaktning av olika underjordiska arbeten i mjuka jordar.

Ur kemisk synvinkel är grunden för injektionskemisk konsolidering av jord fenomenet kondensation av oorganiska och organiska polymerer (fixerare) under deras interaktion med koaguleringsmedel (härdare) och består i härdning av polymerer i porerna och sprickorna i jordar. , vilket säkerställer positiva förändringar i de fysiska och mekaniska egenskaperna hos de jordar som konsolideras.

Konsolidering av jordar baserade på natriumsilikatlösningar, oavsett vilka härdare som används, kallas silikatisering, de som är baserade på ureahartser - resinisering, och de baserade på cementbruk - cementering.

Deltar i processen för markkonsolidering kemikalier i lösningar eller gaser kallas fixeringsreagenser.

En blandning av lösningar av fästelement och härdare med arbetskoncentrationer för kemisk fixering av jordar med en lösning kallas en gelbildande blandning.

Ur en teknisk synvinkel består injektionskemisk konsolidering av att under tryck injicera jordporerna i deras naturliga förekomst av olika kemiska reagens som härdar och konsoliderar jordar i form av två separat injicerade lösningar (tvåkomponentmetoden), en lösning ( enkellösning enkomponentsmetod), en lösning och gas (tvåkomponent). gasmetoder), gelbildande blandningar av två komponenter (enlösnings-tvåkomponentmetoder).

Vid konsolidering av jordar under befintliga byggnader och strukturer med förfallna grunder, som en hjälpåtgärd mot eventuella läckage av konsolideringsreagens genom håligheter och sprickor i murverket under injektion, tillhandahålls preliminär cementering av fundamenten vid kontakten mellan basen och basen (hjälpmedel). cementering).

För att konsolidera jordar i industriellt och civilt byggande används speciellt utvecklade och beprövade injektionskemiska metoder. Var och en av metoderna har sitt eget tillämpningsområde, begränsat av värdena för filtreringskoefficienten - för sandiga jordar och värdena för filtreringskoefficienten, absorptionsförmåga och fuktgrad - för avtagande lössjordar. Valet av fästmetoder för specifika jordar utförs baserat på den specificerade tabellen, med hänsyn till partikelstorleksfördelning, nomenklatur, filtreringskoefficient och andra egenskaper hos naturliga jordar, samt designkrav för fasta jordars styrka och deformationsegenskaper. .

För att öka effektiviteten (hållfasthet och radie) för att konsolidera jordar med enlösningsmetoder för silikatisering och resinisering, med undantag för silikatisering av sjunkande lösjordar, är det i många fall tillrådligt att utföra preliminär kemisk behandling av jordar med härdare . Frågan om preliminär kemisk behandling löses som ett resultat av särskild laboratorieforskning och experimentellt arbete under naturliga förhållanden om kemisk konsolidering av jordar.

Beroende på tekniska och geologiska förhållanden, anläggningens placering, arbetets omfattning, dimensioner och tekniska egenskaper utrustning, ett av de tekniska systemen för produktion av arbete implementeras:

förstärkning av jordar från dagytan (beroende på lokala förhållanden flyttas murbruksenheten runt platsen när arbetet fortskrider eller lämnas i den centrala delen, lösningen tillförs genom rörledningar som läggs till injektionsplatsen);

förstärkning av jordar från underjordiska utgrävningar i ett steg eller, i fallet med en utökad zon av instabil jord, i etapper, alternerande faser av förstärkning och utgrävning (borr- och injektionsutrustning placeras i ansiktet);

förstärkning av jordar från underjordiska utgrävningar vid placering av borrutrustning i ansiktet, injektionsutrustning (bruksblandning och pumpning) - på dagytan.

Placeringen av injektionsbrunnar bör ge den nödvändiga konturen och kontinuiteten för att förstärka jordmassan (avståndet mellan brunnar och rader av brunnar beror på egenskaperna hos den mark som förstärks och injektionslösningarnas penetreringsförmåga).

Ytterligare brunnar bör tilldelas om, efter injektion av lösningen, zoner med lösningsabsorption som överstiger 10 gånger den genomsnittliga absorptionen för en given sekvens av brunnar, områden med defekt injektion, eller sektioner av brunnar som inte kunde borras till konstruktionsdjupet enl. produktionsstandarder finns i brunnarna.

Utrustning för markförstärkningsarbete bör väljas beroende på metoden för markförstärkning (injektion, jet-injektering), arbetsvolymen, typen av injektionslösning och det tekniska schemat för dess beredning och injektion.

Borrutrustning måste, beroende på dess syfte, tillhandahålla slag-roterande och roterande metoder för borrning av brunnar, deras erforderliga riktning, borrdjup och brunnarnas diameter.

Blandnings- och injektionsutrustning, utrustad med kontroll- och mätutrustning, måste säkerställa noggrann blandning av lösningskomponenterna, det erforderliga insprutningstrycket, höga arbetshastigheter med minimala arbets- och materialkostnader och minimalt skräp byggarbetsplatser, enkel transport, installation, demontering och säkert underhåll.

Beroende på de hydrogeologiska förhållandena på platsen och den använda injektionstekniken bör ledare eller packare användas vid injicering av lösningen. Vid behandling av spruckna jordar utförs injektionen av lösningen genom en borrsträng eller en kragkolonn och för bearbetning av icke-kohesiva jordar - genom drivna injektorer, tamponginjektorer eller kragkolonner.

Ledare är utformade för att säkra och täta brunnshuvudet, säkerställa en given riktning av brunnen under borrning och för att installera ett insprutningshuvud med avstängningsventiler och mätinstrument på brunnen.

Packare är utformade för att täta brunnen (enkelpackare) eller isolera den del av brunnen som är avsedd för injektion (dubbelpackare). Packaren är fastsatt i brunnen på grund av mekanisk kompression eller hydraulisk expansion av gummimanschetter monterade på injektionsstången.

Kragekolonner installerade i brunnar gör det möjligt att bearbeta icke-kohesiva jordar i vilken sekvens som helst, i alla områden och att utföra flera injektioner av lösningar av olika typer i samma brunn.

Brunnsutrustning (ledare, packare, kragkolonner, injektorer, skyddsanordningar etc.) väljs beroende på de tekniska-geologiska och hydrogeologiska förhållandena för objektet och metoden för jordinjektion.

Metoder för att förstärka jordar baserat på typen av injektionsmaterial som används är indelade i cementering, silikatisering och resinisering; enligt metoden för att införa lösningen i jorden - konventionell injektion och jetcementering.

Jordcementering som metod är att fylla hålrum, sprickor och stora porer i grova jordar med en lösning, som med tiden bildar en fast cement- eller cementlersten.

För cementering kan cement, cement-sand och cement-lera lösningar användas. I varje enskilt fall är det nödvändigt att välja både lösningens sammansättning och dess vatten-cementförhållande (W/C), som kan variera från 1 till 0,4. Dessutom måste injektionslösningar ha följande egenskaper: lösningens rörlighet längs AzNII-konen 10--14 cm, vattenavskiljning inom 2 timmar 0-2 %, tryckhållfasthet efter härdning i 28 dagar 1--2 MPa. Den initiala densiteten för sådana lösningar är som regel 1,60-1,85 g/cm3. Alla dessa egenskaper bestäms av projektet.

Användningen av cementbruk, som fastställts av praxis, stoppar inte filtreringen helt. Detta förklaras av den ökade slipstorleken på cement, som för närvarande har en partikelstorlek på cirka 50 mikron, vilket gör att sprickor som mäter 0,2 mm fysiskt inte kan cementeras.

Till skillnad från cementering kan lerning användas för att fylla karsthålrum endast i torra bergarter som kan absorbera vatten från den efter injektion av en lerlösning. I detta avseende, efter att ha fyllt tomrummen, måste lerlösningen hållas under hydrauliskt tryck i flera dagar.

Vid lerning används en lerlösning med en densitet på 1,2-1,3 g/cm3.

Som ett resultat av en ökning av trycket (mer än 2 MPa) pressas vatten ut ur lerlösningen, den uttorkade lerdegen fyller tätt hålrummen och berget blir vattentätt.

Lerning, som cementering, kan endast användas vid låga grundvattenflöden för att undvika att lösningen överförs från den tamponerade zonen, d.v.s. i grusiga och spruckna jordar där filtreringskoefficienten varierar från 50 till 5000 m/dag.

cementeringsinjektionskonstruktion

Bild 1 Teknologiskt diagram processen för cementering av jordbasen: 1 - behållare för blandning av lösningen; 2 - lösningspump; 3 - tryckrörledning; 4 - returledning; 5 - injektorer; 6 - förstärkt jord

1931 utvecklades en silikatiseringsmetod med två lösningar, vars essens var att en lösning av natriumsilikat (natriumvätskeglas) Na2OnSiO2 och en lösning av kalciumklorid CaCl2 växelvis injicerades i sandjord med valfri fukthalt genom en igensatt metall perforerat rör (injektor). Som ett resultat av en kemisk reaktion mellan dem bildas en kiselsyrahydrogel i jordens porer, och jorden fixeras snabbt och stadigt.

Tvåbruksmetoden säkerställer hög jordhållfasthet och nästan fullständig vattentäthet. Nackdelarna med denna metod är den höga kostnaden och den höga arbetsintensiteten för arbetet. Därför används det främst för att stärka fundament under strukturer. Den fasta jorden har en kubikhållfasthet på 1,5...3,5 MPa.

Styrkan hos fast jord minskar inte när den utsätts för aggressivt vatten.

För att fixera fin och siltig sand med en filtreringskoefficient från 0,0006 till 0,006 cm/sek, används en enkellösningsmetod. En gelbildande lösning av flytande glas och fosforsyra eller flytande glas, svavelsyra och ammoniumsulfat injiceras i jorden. Den första formuleringen ger snabbare gelning.

Styrkan i den fixerade jorden är betydligt lägre än med tvåbruksmetoden. Denna metod används främst vid konstruktion av antifiltreringsgardiner.

Siliciseringsmetoden med en lösning används också för att konsolidera lössänkningsjordar med en filtreringskoefficient från 0,0001 till 0,0023 cm/sek.

I detta fall injiceras en lösning av ett flytande glas i jorden. Gelning uppstår på grund av reaktionen av en flytande glaslösning med vattenlösliga salter av jorden och dess utbyteskomplex. Rollen för den andra lösningen utförs av jorden själv.

Det rekommenderas inte att använda silikatisering för att konsolidera jord impregnerad med petroleumprodukter, hartser och oljor, i närvaro av grundvatten med pH>9 med en tvålösningsmetod, och i fallet med pH>7,2 med en enkellösningsmetod för silikatisering av fin och siltig sand.

Det är inte tillrådligt att silikatera jordar när grundvattenhastigheten överstiger 0,006 cm/sek.

Figur 2 Teknologiskt diagram över silikatiseringsprocessen av jordbasen: 1 - pump för att pumpa vatten från katoden; 2 - nackstöd; 3 - bröstvårta; 4- likströmsgenerator (för elektrosilikatisering); 5 - tank med lösning; 6 - tryckluftscylinder (kompressor); 7 - perforerad del av injektorn; 8 - injektorspets; 9 - ytterligare injektor (för elektrosilikatisering)

Vid silikatisering av sjunkande lössjordar med en fukthalt på 16-20%, kan injektionen av en silikatlösning med en densitet på 1,13-1,20 g/cm3 utföras genom att driva in injektorer eller genom väggarna i borrade brunnar. För att göra detta används en TsGB-50 borrigg för att borra ett hål med ett djup som är lika med längden på den första ingången. Stoppets längd i nuvarande praxis är 2-3 m. Sedan installeras en uppblåsbar tampong i den övre zonen av stoppningen, genom vilken lösningen injiceras i marken genom en slang från pumpen. Sedan tas pinnen bort från brunnen och den borras till längden av nästa stopp. Detta upprepas genom hela djupet av sättningslöss.

Vid kemisk konsolidering av sandjordar på ett djup av 50-150 m utförs injektion av kemiska lösningar genom läppinjektorer sänkta i en brunn borrad under skydd av en lerlösning med en diameter på 120-150 mm. Brunnen borras till hela djupet av zonen som ska fixeras, sedan nedsänks en injektor med gummimanschetter som täcker dess hål i brunnen fylld med lerlösning (på grund av vilken dess väggar inte kräver fästning). Efter detta injiceras en cement-leralösning genom den nedre manschetten med hjälp av en tampong, som fyller gapet mellan injektorn och brunnsväggen. Det här alternativet låter dig sedan pumpa fixeringslösningen in i vilket område som helst av injektorn. En läppinjektor kan användas för att konsolidera jord under befintliga byggnader genom att pressa ut den från en speciellt förberedd dike.

Således gör användningen av injektorer av olika konstruktioner det möjligt att injicera kemiska lösningar till det erforderliga djupet.

Hartser som kan användas för att konsolidera jord måste ha låg viskositet och polymeriseras i jordens porer vid en temperatur på 4 till 10 ° C. Dessa hartser inkluderar:

urea-formaldehyd (urea), bildad som ett resultat av polykondensation av urea och formaldehyd;

fenol, bildad som ett resultat av polykondensation av fenoler och aldehyder;

furan, bildad genom kondensation av furfural och furylalkohol; akryl - derivat av akrylsyra;

epoxi, erhållen genom kondensation av epiklorhydrin (eller diklorhydrin) med polyaminer, fenoler, polyalkoholer och andra föreningar.

Det mest lämpliga för att konsolidera jordar enligt alla kriterier är urea-formaldehyd (urea) harts med olika härdare. Detta harts är lättlösligt i vatten, har låg viskositet, härdar vid låga temperaturer, och viktigast av allt, det produceras av den inhemska industrin i form av lim i stor skala och är ganska överkomligt till sitt pris för utbredd användning vid konsolidering av jordar. .

Kärnan i metoden är att injicera en gelbildande lösning i jorden, bestående av en lösning av harts och en härdare i form av salt- eller oxalsyra. Metoden ger stark fixering och gör jorden vattentät. Dessutom låter metoden dig konsolidera karbonatjordar. På ökat innehåll karbonater (upp till 3%) jorden förbehandlas med en sur lösning i en volym lika med volymen av den gelbildande lösningen.

Figur 3 Teknologiskt diagram av jordresineringsprocessen: 1 - injektor; 2 - arbetsslang; 3 - tryckmätare; 4 - arbetstank; 5 - korkslang; 6 - kompressor eller tryckluftscylinder