Цементация грунтов своими руками

Обновлено: 30.06.2024

Грунты укрепляют не только при возведении нового здания, но и при восстановлении уже созданного фундамента. Это необходимо для улучшения несущей способности основания, предотвращения деформации и образования трещин.

Своевременно проведенные работы продлевают срок эксплуатации фундамента. Существует несколько методов усиления грунта, о каждом из которых мы поговорим в сегодняшней статье. Выбор того или иного варианта зависит от глобальности проблемы и типа грунта.

Выбрать тот или иной способ закрепления помогает предварительное исследование грунта в строительной лаборатории, то есть инженерно-геологические изыскания.

Цементация грунта

Этот метод подразумевает введение цемента в грунт под давлением. Специалисты пользуются двумя способами цементации: традиционным и струйным (инъекционным).

Первый подразумевает впрыскивание раствора в фундаментное основание и близлежащие участки. Так формируется цементный камень. Он представляет собой скрепление земли и фундамента, потому что заполняет имеющиеся поры.

Струйный метод используется сравнительно недавно. Он отличается от предыдущего способа более мощной струей, от воздействия которой почвенная структура разрушается. Раствор распределяется не точечно, а вдоль всего грунта.

Метод цементизации не лишен недостатков. В ходе его применения сильно изменяется структура почвы и основания. Неправильно выполненное усиление усугубит и без того сложную ситуацию

Битумизация грунта

Способ делится на два вида: горячую и холодную битумизацию.

Цель – заделать наиболее крупные полости, которые не поддаются цементизации из-за высокой скорости грунтового потока.

Расплавленный битум нагнетают в каверны и трещины грунта через подготовленные скважины, оснащенные инъекторами. А при холодном методе вводят тонкодисперсную битумную эмульсию.

Битумизацию используют для укрепления тонких трещин скальных грунтов и закрепления песчаных грунтов. В результате наблюдают снижение фильтрационных свойств почвы.

Силикатизация грунта

Каждый вариант предназначен для укрепления разных типов грунта. Например, для крупных песков используют двухрастворный способ: в почву вводят смесь хлористого кальция и силиката натрия.

Однорастворный метод используют для усиления пылеватых и мелких песков: вводят жидкое стекло и отвердитель.

Газовую силикатизацию применяют для укрепления средних и крупных песков. Для этого нагнетают жидкое стекло и углекислый газ.

Благодаря силикатизации грунт становится прочнее, устойчивее. Наряду с этим повышается его водонепроницаемость. В результате специалисты ликвидируют просадки зданий.Это химический способ укрепления грунта с применением силикатного раствора. В полости почвы вводят вещества химического происхождения под давлением. Для этого используют перфорированные трубы или пробуренные скважины.

Существует три варианта проведения силикатизации:однорастворный;
двухрастворный;
газовый.

Термическое закрепление грунта

Процедура термического закрепления подразумевает сжигание топлива в пробуренных скважинах. Используют жидкое и газообразное горючее. Фиксация грунта в скважине достигается благодаря огню, а в толще массива – газам, нагретым до высокой температуры.

Так формируется обожжённый грунтовый столб. Его диаметр может быть любым, потому что зависит от объемов сожженного топлива и длительности процедуры.

Термическое усиление позволяет предотвратить просадку здания на глубину до 15 м. Прочностные свойства грунта увеличиваются до 1 МПа.

Еще один вариант термического укрепления – искусственное замораживание. С его помощью фиксируют слабые водонасыщенные грунты. По периметру территории создают замораживающие скважины. По ним пускают охлаждающее вещество. Его функция – отнимать тепло у почвы, превращая его в лед. Результат процедуры – повышение прочности и водонепроницаемости грунта.

Электрический способ закрепления грунта

В основу этого метода заложено явление электроосмоса. Это перемещение воды с почвой к отрицательному электроду.

В практических условиях в грунт устанавливают положительный стальной электрод. А за пределами укрепляемой территории располагаются перфорированные трубы с отрицательным потенциалом.

Достаточная плотность электротока способствует скапливанию воды в трубах и удалению ее из укрепляемого участка. Так происходит обезвоживание грунта, ведущее к его упрочнению.

Чаще всего эту технологию применяют для глинистых почв, потому что они не пропускают цементные растворы, не формируются внутри них поры, а также их теплоемкость слишком высока, что мешает термическому закреплению.

Электрохимический способ закрепления грунта

Электрохимия выручает, когда здание уже возведено, следовательно, заменить грунт нельзя. Благодаря направленному движению заряженных частиц, их можно направлять в слабые участки почвы.

Для этого достаточно накачать грунт вокруг укрепляемой территории солевым раствором. На них подают положительный заряд. А участок, требующий усиления, оснащают отрицательным зарядом. Так происходит перемещение ионов и оседание солей в области усиления.

Механические способы укрепления грунта

Основные механические способы укрепления грунтов подразумевают установку грунтовых подушек, свай, вытрамбовывание и уплотнение котлованов, а также грунтозамещение.

Устройство грунтовых подушек

Их используют в открытых котлованах. Задача грунтовых подушек – распределить давление фундамента на грунт.

Перед устройством подушек проектируют дно, а верхнюю часть почвы уплотняют. Для их создания используют песчаные или пылевато-глинистые типы грунтов, гравий, шлак или щебенку.

Рекомендуемая толщина подушки – 1,5-5 метров. Их применение широко распространено при работе с просадочным грунтом.

В работе используют насыпной материал стандартной влажности. После засыпания его утрамбовывают. Если подушка получается сухой, ее можно немного увлажнить. Но сильно мочить нельзя, иначе это приведет к ее переуплотнению.

Вытрамбовывание котлованов

Сущность метода заключается в том, что котлованы не выкапывают, а территорию вытрамбовывают на нужную глубину. А потом ее заполняют бетоном или устанавливают сборный элемент фундамента.

В результате под котлованом формируется уплотненная область. Этот метод сокращает сроки работы, потому что одновременно уплотняют грунт и готовят котлован.

Процедуру выполняют путем сбрасывания трамбовки в одно и то же место с высоты 4-8 м. Она имеет форму будущего фундамента. В рабочем процессе задействована спецтехника.

Уплотнение котлована

Эта технология предотвращает разрушение будущего фундамента, близкорасположенных построек и коммуникационных связей из-за проседания или пучения почвы.

В качестве уплотняющего материала чаще всего используют песок. Его хорошая водопроницаемость снижает влияние пучения. А вот применять плодородный слой для засыпки точно не следует, потому что в нем большая удельная масса органических веществ, которые со временем разлагаются. Это приводит к усадке грунта.

Существует общепринятый порядок проведения работ:

Дно котлована очищают от строительного мусора.
Оценивают влажность грунта. Он не должен быть чрезмерно сухим или переувлажненным. При необходимости его доводят до нужного состояния.
Засыпают песок послойно, утрамбовывая каждый слой.

Замена грунта

Обычно замену слабых грунтов проводят на территориях с рыхлыми песчаными, глинистыми и торфянистыми почвами.

Грунтозамещение проводят только после геологических исследований и расчетов. Такую работу самостоятельно сделать не получится, поэтому рекомендуется делегировать это специалистам.Эта процедура стабилизирует почву перед строительством. Проводят грунтозамещение путем:изъятия нужного объема земли;
перемещения его за пределы укрепляемой зоны;
укладывания на свободное место хорошего грунта.

Заключение

Под закреплением грунтов понимают совокупность способов, направленных на упрочнение его естественного залегания путем использования физико-химических методов. Каждый из них подбирается с учетом характеристик и типа почвы. Процедуры по укреплению грунтов проводят не только для строительства нового фундамента, но и для восстановления эксплуатационных свойств уже существующих сооружений.

Основная специализация лаборатории:

Бесплатно вызвать лаборанта на объект или задать вопрос эксперту можно:

При реконструкции зданий и строительстве новых сооружений часто возникает проблема слабого грунта. Такое основание может не выдержать нагрузок от постройки. Сегодня в нашей статье речь пойдёт о различных методах его укрепления.

Грунт — это слой, который воспринимает на себя сумму всех нагрузок от сооружения. Условно все грунты можно разделить на стабильные и нестабильные. Стабильный — достаточно плотный и сухой для того, чтобы без специальной подготовки выдержать нагрузки от фундамента или дороги. Нестабильный требует предварительных работ по осушению и уплотнению.

Механический метод

Подразумевает под собой внедрение отдельных высокопрочных изделий (свай) или материалов (грунт, щебень), а также уплотнение без изменения структуры (трамбовка/вибрирование).

Укрепление железобетонными сваями

Смысл заключается в том, что длинная свая проходит слой слабого грунта и упирается в более плотный. Нагрузка передаётся по свае вертикально. Также она удерживается за счёт трения грунта о поверхность сваи. По методу погружения сваи бывают набивные (забиваются в грунт с предварительным бурением или без), буронабивные (жидкий бетон заливается в обсадную трубу, погружённую в грунт) и сваи вдавливания (погружаются специальной машиной-домкратом). Метод требует применения громоздкого и дорогостоящего оборудования и большой стройплощадки.

Грунтовые сваи

В заранее пробуренное отверстие засыпается подготовленная смесь из гранулометрического заполнителя разных фракций. Трамбуется послойно. Эффект сравним с ж/б сваями, но гораздо дешевле и экологичнее.

Устройство грунтовых подушек, трамбовка/вибрация, замена грунта

Используют при сравнительно небольшой требуемой толщине слоя заданных свойств. Производится трамбовка катками (кулачковыми и гладкими), виброплитами и прочим оборудованием с вибрацией или без. Пылеватые пески трамбуют с водой. Метод оптимален при строительстве аэродромов, дорог и других объектов большой площади. При невозможности применения метода слой слабого грунта извлекают и заменяют на более прочный.

Цементация и инъекции

Суть сводится к приданию грунту желаемых свойств за счёт добавления в его состав цемента.

Механическое перемешивание грунта с цементно-песчаным раствором (цементация)

Применяют специальный шнековый бур с полой штангой, имеющей отверстия по длине. Через них подаётся цементный раствор одновременно с работой шнека, и происходит его перемешивание с грунтом. Метод сравнительно дешёвый и проверенный. Применяется в основном во влажных грунтах.

Струйная цементация

Отдельно стоит отметить современный подход к классике: струйную цементацию. Цементный раствор подаётся по трубе под очень высоким давлением, одновременно пробивая место для инъекции и смешиваясь с грунтом. Требует применения специальной техники.

Механическая и струйная цементация вполне применимы для усиления грунтов, на которых уже стоят здания, даже в стеснённых условиях. Для этого используют компактные установки для инъекций (так называемые джет-сваи). Их можно вводить как вертикально, так и под углом. Работы проводятся быстро, относительно бесшумно и подходят для городских улиц.

Укрепление грунта по плоскости (дорожное строительство)

При строительстве сплошных покрытий применяют комбинированные методы укрепления грунтов. Из-за своей протяжённости по местности такие объекты могут охватывать значительные территории, и, соответственно, различный состав основания. Приведённые ниже способы всегда используют в сочетании с механическим укреплением.

Смешивание с природными гранулами

Изменение свойств при помощи добавления гранулометрического или иного заполнителя. В зависимости от состояния грунта для его стабилизации применяют разные природные материалы: щебень, гравий, песок, глину, суглинки. Метод сравнительно дешёвый и экологичный, не требует химических компонентов. Перемешивание происходит в специальном шнековом бункере.

Смешивание с минеральными вяжущими

Известкование — метод, известный с давних времён. Уменьшает пластичность и липкость глинистых грунтов, делает их более стойкими к размоканию. Из недостатков — низкая морозостойкость. Используют при подготовке основных (нижних) слоёв дорог.

Смешивание грунта с органическими вяжущими

По принципу не отличается от описанных выше. В качестве добавки используют различные смолы, битумы, дёгти твёрдые и жидкие эмульсии. Эффект и область применения также примерно совпадают. Из особенностей стоит отметить высокую стоимость органического материала (или его синтетического заменителя) и агрессивность этих компонентов по отношению к природной среде. Поэтому данный метод сегодня практически не применяют.

Из трёх описанных технологий на практике самостоятельно можно применить первые два. Легкодоступные и относительно недорогие компоненты и элементарная технология перемешивания делают их востребованными и сегодня. Вполне реально укрепить участок грунтовой дороги или придворовую территорию при помощи обычного мотокультиватора.

Осушение грунтов

Одним из основных факторов слабости грунтов является наличие в их составе воды. Удаление влаги из них приводит к значительному уплотнению и устранению текучести.

Термическое закрепление или обжиг

Эффективно для грунтов с содержанием глины. В пробуренную скважину погружается перфорированная труба из жаропрочной стали. Затем по ней подаются разогретые газы (горячий воздух). Лишняя влага испаряется, а в глине происходит эффект запекания. Особенность данного метода: для разогрева газов можно использовать местное топливо: уголь, дрова.

Химический метод — смешивание грунта с химрастворами

Электрический метод

Схема установки для обезвоживания грунтов методом электроосмоса: 1 — скважина с вставленным в неё металлическим фильтром; 2 — глубинный насос; 3 — генератор постоянного тока; 4 — металлический стержень

Электрохимический способ

Применение электроосмоса с добавлением химрастворов в заранее просчитанные области поля. Это делается для облегчения прохода воды сквозь слои и придания движению нужного направления. Энергоёмкий процесс, требующий значительных затрат элекроэнергии.

При достаточном уровне знаний и наличии необходимых элементов, электроосмос возможно собрать в домашних условиях. Подробные инструкции по сборке содержатся в технических справочниках. Электроосмос также применяют в качестве постоянного водоотвода фундаментов.

Армирование

При устройстве откосов, оформлении берегов и создании ландшафтов часто используют современный метод: армирование полимерными конструктивными элементами. Он эффективен как на ровных горизонтальных поверхностях (дороги, пешеходные дорожки), так и при наличии наклона.

Георешётка

Как правило, это трёхмерная конструкция, состоящая из полимерных перфорированных лент. Очень прочная сотовая конструкция позволяет удерживать движение во всех плоскостях. В соты просто засыпается любой мелкий заполнитель или местный грунт. Не требует трамбовки, уплотнение производится проливом воды. Толщина слоя 10–25 см.

Геотекстиль

Применяют при устройстве многослойных подготовок. Это многослойное полимерное полотно, по сути дела, высокопрочный фильтр. Он пропускает воду, но не позволяет слоям смешиваться. В то же время, обладая изрядной прочностью, он распределяет нагрузку между слоями. Область применения геотекстиля: дорожное строительство, сельское и городское хозяйство.

Геосетка

Воспринимает растягивающие нагрузки. В грунтах применяется редко, используется в качестве арматуры тонкого слоя и в сочетании с другими полимерными материалами.

Засев травой

Декоративный способ укрепления откосов от осыпания (крутизна не более 1:1,5). Траву высевают на уплотнённые механическим способом незатапливаемые откосы. Предотвращает размывы и эрозию.

На приусадебном участке армировочным элементам цены нет. С их помощью становится возможным создание самых фантастических ландшафтных конструкций. Они также позволяют создавать (привозные) плодородные слои для растений.

– СП 50-101-2004 “Земляные сооружения, основания и фундаменты”.

Укрепление грунтов – изменение физико-механических характеристик грунтов под воздействием нагнетаемых в грунт под давлением инъекционных растворов.

Инъектирование грунта при строительстве подземных сооружений применяется для преодоления участков несвязных водонасыщенных и нарушенных скальных грунтов, ликвидации водопритоков в подземные выработки и сооружения, устройства ограждений котлованов, защитных экранов (завес), укрепления оснований и фундаментов зданий и других сооружений, находящихся в зоне влияния строительства.

Порядок проведения работ по напорной цементации грунтов

Бурится до проектной отметки лидерная скважина диаметром 112–132 мм (прямой ход).
Буровая колонна поднимается с вращением, одновременно под давлением ~ 500 атм. подается струя цементного раствора (обратный ход).
В тело незастывшей грунтобетонной колонны погружается армирующий элемент.

Затвердевшая грунтоцементная масса образует еще один элемент – грунтобетон. Прочность грунтобетона на сжатие может достаточно сильно изменяться, в зависимости от вида грунта и нормы расхода цемента на кубометр укрепляемого грунта.

УСЛОВИЯ ВЫБОРА ВИДА И СОСТАВА ИНЪЕКЦИОННОГО РАСТВОРА

– геологические и гидрогеологические условия конкретного участка;

– минералогический и химический состав грунта и грунтовых вод (карбонатность, загипсованность, содержание глинистых и гумусовых частиц);

– цель инъекции (повышение прочности, стабильности или водонепроницаемости грунтов, заполнение крупных пустот или трещин, предотвращение водопритока и т.п.);

– назначение раствора (инъекционный, буровой, для устройства обоймы, грунтоцементных свай и др.);

– требования к физико-механическим характеристикам укрепленного грунта и к технологическим параметрам раствора (прочность, водонепроницаемость грунта, плотность, вязкость, сроки схватывания раствора и др.);

– требования технологии приготовления (высокая растворимость и смешиваемость материалов, простота приготовления, возможность полной механизации работ), стоимость и дефицитность исходных материалов, требования техники безопасности;

– экологические требования к материалам для приготовления растворов, правила безопасности при приготовлении растворов и производстве работ по укреплению грунта.

§ 28. Закрепление грунтов

Закрепление грунтов заключается в усилении связей между их частицами способами цементации, битумизации, силикатизации, смолизации, воздействием электрического тока, обжигом и т. д. на глубину до 15 м.

Для повышения несущей способности грунтов в основании фундаментов, а также для прекращения или уменьшения фильтрации воды под гидротехническими напорными сооружениями применяют цементацию. Сущность этого способа заключается в нагнетании в поры укрепляемого грунта цементного раствора, при отвердевании которого значительно увеличивается прочность и водонепроницаемость основания.

Способ цементации применим для закрепления грунтов, размеры пор которых обеспечивают свободное проникание частиц цемента. Наибольший эффект получается при цементации крупнообломочных грунтов, крупных и средней крупности песков с коэффициентом фильтрации от 80 до 200 м/сут. Цементация трудноосуществима в мелких песках и совсем непригодна для укрепления илистых, супесчаных, суглинистых и глинистых грунтов. Трещиноватые скальные грунты можно цементировать только при ширине трещин в них более 0,1 мм.

Для цементации применяют цементные или цементно-песчаные растворы состава от 1:1 до 1:3. Раствор нагнетают под давлением 0,3—1 МПа растворонасосами или пневмонагнетателями через предварительно заглубленные трубки-инъекторы диаметром 33—60 мм, имеющие в нижней части отверстия диаметром 4—6 мм. Радиус действия инъекторов ориентировочно принимают для трещиноватых скальных грунтов 1,2—1,5 м, для крупнообломочных грунтов 0,75—1 м, для крупных песков 0,5—0,75 м, для песков средней крупности 0,3—0,5 м.

Закрепление грунтов битумом называют битумизацией. Ее применяют для укрепления песков и сильно трещиноватых скальных грунтов. Битумизацию производят нагнетанием в грунт расплавленного битума или холодной битумной эмульсии. Первый способ применим для закрепления сильно трещиноватых скальных грунтов, так как грунт с мелкими порами почти непроницаем для вязкого битума. Разогретый до 200—220 °С битум нагнетают в грунт инъектором под давлением 2,5—3 МПа. Холодная битумная эмульсия по сравнению с разогретым битумом обладает большей способностью к прониканию в грунт, что позволяет использовать ее для закрепления песков. Для этого приготовляют битумную эмульсию, состоящую из 60% битума, расщепленного в воде с помощью эмульгатора на мельчайшие взвешенные частицы, и 40% воды. Полученную эмульсию нагнетают в грунт. Заполняя поры, битумная эмульсия связывает и закрепляет грунт.

Так как суспензия из взвешенных в воде частиц цемента не может проникнуть в грунты с мелкими порами, для закрепления таких грунтов применяют силикатизацию. Известны два способа силикатизации грунтов—двухрастворный и однорастворный.

Сущность двухрастворной силикатизации заключается в образовании связывающего частицы грунта вещества—геля кремниевой кислоты—в результате реакции между растворами силиката натрия (жидкого стекла) и хлористого кальция. Эта реакция подобна процессу образования песчаников в природных условиях, но происходит значительно быстрее. Наиболее интенсивно реакция протекает в течение первых двух часов нагнетания раствора в грунт, а затем замедляется. Через 10 сут прочность закрепленного грунта достигает 70—80% той, которая бывает после завершения процесса—примерно через 90 сут. Двухрастворную силикатизацию применяют для укрепления крупных и средней крупности песков с коэффициентом фильтрации от 2 до 80 м/сут. Радиус закрепления таких песков в зависимости от значения коэффициента фильтрации изменяется от 0,3 до 1 м, а предел прочности закрепленных грунтов на сжатие через 28 сут составляет 1,5—5 МПа.

Однорастворную силикатизацию используют для закрепления мелких песков и плывунов с коэффициентом фильтрации 0,3—5 м/сут. Радиус закрепления таких грунтов 0,3—1 м, а предел прочности на сжатие закрепленных грунтов 0,4—0,5 МПа. Для упрочнения грунтов используют один раствор, состоящий из жидкого стекла и фосфорной кислоты.

Способ закрепления грунтов, представляющий собой дальнейшее развитие метода однорастворной силикатизации и основанный на использовании вместо жидкого стекла раствора синтетической смолы, а взамен фосфорной кислоты соляной, называют смолизацией грунтов. В настоящее время разработана технология закрепления карбамидной смолой песчаных грунтов с коэффициентом фильтрации 0,3—5 м/сут при содержании глинистых частиц не более 2%. Для закрепления грунтов используют водный раствор карбамидной смолы, в который непосредственно перед нагнетанием в грунт добавляют раствор соляной кислоты. Смесь подают в укрепляемый грунт, используя оборудование, применяемое для силикатизации. Процесс отверждения грунтов начинается через 1,5—4 ч после введения раствора соляной кислоты, что необходимо учитывать при производстве работ. Радиус закрепления грунта в зависимости от коэффициента фильтрации изменяется от 0,4 до 0,8 м. Предел прочности укрепленного грунта на одноосное сжатие 1—5 МПа. Вследствие высокой стоимости синтетических смол смолизацию грунтов пока применяют крайне редко, однако это обстоятельство следует рассматривать как временное явление.

Способ электрозакрепления грунтов основан на том, что под воздействием постоянного электрического тока в грунтах происходит движение воды к отрицательному электроду (электроосмос) и одновременно с этим перемещение коллоидальных взвешенных в воде частиц грунта к положительному электроду (электрофорез). Кроме того, наблюдаются явления электролиза и другие сложные химические процессы, приводящие к образованию кристаллизационных связей и продолжающиеся в течение нескольких лет. Так, на одной из строек было установлено, что предел прочности грунта на сжатие спустя год после прекращения процесса электрозакрепления увеличился почти в 2 раза.

Рис. 5.2. Схема применения термического способа укрепления просадочных грунтов 1 — просадочный грунт; 2 — непросадочный грунт; 3 — зона укрепленного грунта; 4 — скважина; 5 — затвор с камерой сгорания; 6 — форсунка; 7 — трубка для подачи горючего; 8 — трубка для подачи сжатого воздуха

Для обезвоживания грунта в него погружают электроды на расстоянии 0,6—1,5 м один от другого. В качестве положительных электродов используют стальные стержни любого профиля, а в качестве отрицательных — трубы с отверстиями, расположенными в зоне удаления воды.

Наблюдениями установлено, что под воздействием электрического тока коэффициент фильтрации песков увеличивается в процессе осушения в 10—20 раз, а глинистых и илистых грунтов—до 100 ра. Это обстоятельство в значительной степени способствует успеху способа электрохимического закрепления грунтов, сущность которого заключается в том, что на место удаляемой через отрицательный электрод воды в освобождающиеся поры грунта подается из трубчатого положительного электрода цементирующий раствор жидкого стекла, хлористого кальция или другого вещества.

Сущность термического способа закрепления грунтов заключается в том, что при обжиге маловлажных просадочных лессовых и пористых суглинистых грунтов в них происходят необратимые процессы превращения водорастворимых связей между частицами грунта в водостойкие, в результате чего существенно повышается несущая способность грунтов и устраняется их просадочность. Обжиг грунтов осуществляется нагнетанием в скважины горячего воздуха температурой 600—800 °С или же сжиганием топлива (солярового масла, нефти, газа и т. п.) непосредственно в скважине с созданием температуры 800—1000 °С (рис. 5.2). Последний способ более экономичен и требует меньше оборудования. В результате обжига предел прочности грунта на сжатие повышается до 1,0—1,2 МПа. Обожженный грунт становится неразмокаемым и морозоустойчивым, полностью утрачивая просадочные свойства. 1. Для чего применяют искусственное укрепление грунтов?

2. В чем состоят различные способы уплотнения грунтов? 3. Как производится закрепление слабых грунтов?