Грунты, предназначенные для укрепления химическим способом, должны соответствовать ряду требований. Одним из ключевых параметров является их способность пропускать воду; непермеабельные типы грунтов (например, сугрок) оказываются непригодными для такого рода обработки, поскольку в них невозможно обеспечить проникновение связующих веществ. Выбор технологии химического укрепления должен основываться на результатах анализа грунта в определённой местности.

В 1931 году, когда только зарождались первые подходы к химической стабилизации грунтов, все разработки базировались на использовании силиката натрия – неорганического полимера. Этот вариант оказался малоэффективным, и тогда специалисты начали поиск гелеобразующих составов для применения в этой области. С течением времени появлялись новые технологии.

Методы химического закрепления грунтов

В наши дни доступно множество различных методов химической стабилизации грунтов, позволяющих достичь оптимальных результатов. Рассмотрим наиболее действенные из них.

Способ 1. Битумизация

Технология горячей битумизации применяется для укрепления полускальных и скальных пород; она используется не столь широко, но ее стоит упомянуть. Суть метода заключается в закачке расплавленного битума через предварительно пробуренные скважины. После затвердевания порода приобретает свойство быть непроницаемой для воды. Однако процесс остывания битума занимает продолжительное время из-за его низкой теплопроводности.

Ограничением данной технологии является возможность срыва работ до затвердевания из-за грунтовых вод. Они могут вытеснить битумное вяжущее вещество, которое еще не достигло необходимой температуры и требуемой прочности.

Альтернативным подходом является холодная битумизация – технология химической стабилизации песчаных грунтов. В данном случае вместо нагретого битума используется эмульсия. Этот способ эффективен для повышения водонепроницаемости основания, при этом крайне важно обеспечить однородность используемых эмульсий, чтобы добиться качественного результата.

Способ 2. Цементация

Цементация грунтовых масс подразумевает заполнение всех пор и пустот в крупных фракциях грунта. Впоследствии должен сформироваться прочный цементный массив. При выборе смеси необходимо проявлять особую тщательность; для этой цели могут быть использованы следующие составы:

1. Цементные.
2. Цементно-глинистые.
3. Цементно-песчаные.

Обратите внимание! Помимо состава, при подборе раствора следует учитывать водоцементно-известковый коэффициент (В/Ц), который обычно варьируется в пределах от 0.4 до 1.

При выборе также учитывайте эти параметры; любое отклонение от установленных значений недопустимо:

• Водоотделение за 2 часа – до 2%.
• Подвижность по конусу (АзНИИ) – от 10 до 14 см.
• Устойчивость к сдавливанию после полного застывания (через месяц) должна составлять 1-2 Мпа.

Полностью исключить проникновение частиц невозможно, поскольку компоненты цемента, применяемые для химической фиксации, обладают значительным размером (50 микрон), что необходимо для устранения мельчайших трещин!

Способ 3. Смолизация

Для стабилизации грунтов также допустимо использование полимерных составов с температурой реакции не более 10 градусов. Ниже представлены наиболее часто используемые типы таких материалов:

1. Фенольные. Они образуются из-за поликонденсации фенолов.
2. Мочевино-формальдегидные.Эти соединения еще известны как карбамидные смолы; они являются продуктом взаимодействия мочевины и формальдегида в процессе поликонденсации.
3. Фурановые.Процесс конденсации фурилового спирта приводит к образованию подобных смол.
4. Акриловые, являющиеся производными акриловой кислоты.

Эксперты советуют применять мочевинно-формальдегидные смолы для химической стабилизации грунтов, поскольку они обладают хорошей растворимостью в воде, содержат специальные компоненты для затвердевания, характеризуются низкой текучестью и быстро застывают даже при пониженных температурах. Доступная стоимость также способствует их широкому распространению.

Метод подразумевает закачку специальных смол под давлением в грунт; эти смолы необходимо смешать с отвердителем, как правило, это соляная кислота. Это обеспечивает водонепроницаемость и повышает механическую прочность.

Способ 4. Силикатизация

Технология силикатизации классифицируется по способам ее реализации.

1. Двухрастворный.Этот метод обработки почвы был разработан в 1931 году, когда только начала применяться практика химической стабилизации грунтов. Он предполагает использование трубы для проникновения в песчаный слой. Через эту трубу подается раствор силиката натрия (с формулой Na2OnSiO2) и специальный состав на основе хлорида калия (формула CaCl2). В результате взаимодействия этих веществ формируется гидрогель кремниевой кислоты, обеспечивающий укрепление грунта. Это позволяет значительно повысить его несущую способность. Однако данный подход сопряжен с существенными финансовыми затратами.
2. Однорастворный.Этот метод будет эффективен при стабилизации песчаных масс с коэффициентом фильтрации в диапазоне от 0,0006 до 0,006 см/с. В почву подаётся раствор фосфорной кислоты, содержащий измельчённое стекло (в жидкой форме). Механическая устойчивость и водостойкость такого грунта, к сожалению, уступают результатам, полученным при использовании двухкамерного метода. Однако для создания барьерных слоёв он вполне пригоден.

Применение силикатизации нецелесообразно для почв, содержащих масла, смолы или нефтепродукты. Кроме того, скорость фильтрации грунтовых вод является важным фактором: она должна быть ниже 0,006 см/с, иначе эффективность метода будет снижена.

Способ 5. Электрохимическое закрепление

Обычно этот подход делят на три этапа:

1. Электроосмос (для уплотнения и обезвоживания грунта).
2. Процесс обмена ионов натрия и кальция на алюминий и водород (специализированные химические реакции для укрепления грунта).
3. Образование алюмогеля (структурообразование).

Технология электрохимической стабилизации грунтов основана на одновременном воздействии электрического поля и химических реагентов. Она применима исключительно к породам с минимальной водопроницаемостью! Все компоненты вводятся только под действием электричества, что приводит к химическим изменениям, повышающим прочность материала.

Какие инструменты необходимы для проведения химической стабилизации грунтов?

Для успешного выполнения задач требуется тщательная подготовка и наличие необходимого инструментария:

1. Инъекторы.
2. Установки, которые предназначены для бурения.
3. Пневматические молотки используются для установки инъекторов.
4. Насос для нагнетания химического раствора.
5. Компрессор (минимальное давление – 5 атмосфер).
6. Гидравлические подъемники, способные выдерживать вес от 7 до 10 тонн, нужны для подъема установленных инъекторов.

Инструменты для введения химических составов на заданную глубину требуют особого внимания. Их установка осуществляется с помощью пневматических молотков. При выборе инъектора следует учитывать требуемую глубину погружения, поскольку это определяет их длину и надежность конструкции. Масса инструмента также важна – она позволяет подобрать гидравлический домкрат достаточной мощности для безопасного извлечения оборудования после завершения процесса. Например, если вес одного инъектора составляет 5 тонн, то подъемник должен обладать грузоподъёмностью не менее 7-8 тонн.

Вниманию! Перечислены только стандартные компоненты; перед началом работ уточните необходимость приобретения дополнительных приспособлений в зависимости от выбранного метода!

Подведём итоги

Обработка грунтов химическими веществами – это многоэтапная задача, требующая ответственного подхода. Определите подходящий метод для вашего типа почвы и обеспечьте себя нужным инструментом!