Общестроительные работы

Основания и фундаменты

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Возводить фундаменты и подземные сооружения часто приходится в сложных гидрогеологических условиях. Особую опасность представляют мелкие пески и плывуны, обладающие подвижностью. Коэффициент фильтрации их незначителен и колеблется в пределах 0,5—1 м/сут.

Для закрепления мелких песков и плывунов разработан способ однорастворной силикатизации. Он основан на введении в грунт гелеобразующего раствора, состоящего из двух или трех компонентов, с вязкостью, близкой к вязкости воды (2—5 спз) и с замедленным (заранее заданным) временем гелеобразования. Одаорастворная силикатизация сообщает грунту водонепроницаемость, достаточно высокую механическую прочность и применяется для защиты котлованов от притока грунтовых вод; закрепления грунтов при проходке подземных выработок; создания водонепроницаемых завес в гидротехнических сооружениях; увеличения несущей способности грунтов под фундаментами зданий и сооружений (рецептура: силикат натрия+кремнефтористоводородная кислота).

Силикатно-фосфорнокислая рецептура. В качестве отвердителя в данной рецептуре используется ортофосфорная кислота — Н3Р04. Выделение геля из гелеобразующего раствора происходит по реакции

Широкого применения в строительной практике из-за дефицитности фосфорной кислоты рецептура не получила.

Силикатно-алюмосернокислая рецептура. Отвердителем в этой рецептуре является жидкое стекло кислого золя, состоящее из двух компонентов — серной кислоты и сернокислого алюминия. Использование серной кислоты в качестве коагулянта рентабельно. Однако она слишком быстро коагулирует жидкое стекло, вследствие чего затрудняется  регулирование  времени   гелеобразования. Для замедления процесса коагуляции в раствор серной кислоты добавляют реагенты, выполняющие роль буфера в процессе гелеобразования. Таким реагентом и является сернокислый алюминий.

Общий ход реакции между компонентами смеси можно представить следующим уравнением:

Na20«Si02 + H2S04 + A12(SQ4)3 + wH20 -> ->/iSi02(/w — I)H20 + Na2S04 + AI2(S04)3.

По тампонажным качествам силикатно-алюмосерно-кислый раствор не уступает силикатно-фосфорнокислому, но в состав его входят дешевые и недефицитные реактивы: серная кислота и сернокислый алюминий, что в 3—4 раза уменьшает стоимость материалов.

Силикатно-фтористосернокислая рецептура. В качестве отвердителя в указанной рецептуре используется серная кислота (в составе кислого золя). Буферные свойства кислоте придает фтористый натрий. Кислый золь готовится на 5%-ном растворе серной кислоты, в которую добавляется 0,5% фтористого натрия. Отдельно готовится раствор жидкого стекла плотностью 1,05 г/см3. Эти два раствора сливаются в соотношении 1:1. Приготовленный кислый золь вводится в раствор силиката натрия плотности 1,19 г/см3 в соотношении 4,3—3,4 части кислого золя (в зависимости от времени гелеобразования) на 2 части раствора силиката натрия.

Аммонийно-силикатная рецептура. В качестве коагулянтов в рецептуре используются сернокислый аммоний (NH4)2S04 и углекислый аммоний (NH4hC03.

На месте работ из кристаллических аммонийных солей готовятся растворы нужной концентрации, которые затем смешиваются с разбавленным жидким стеклом в соотношении, соответствующем заданному времени гелеобразования, после чего приготовленный силиказоль нагнетается в грунт.

Реакция между компонентами силиказоля протекает по схеме

Na20/zSi02 + (NH4)2S04-> -+ nS\02 + Na2S04 + 2NH3 + 2Н20.

Аммонийно-силикатные золи и гели обладают необходимыми для тампонажа качествами: легко регулируемым временем гелеобразования и малой вязкостью 2,2 спз, а грунт, закрепленный ими, приобретает водонепроницаемость и прочность порядка 0,25 МПа. Реакция раствора щелочная (рН=10,8), что позволяет применять его для закрепления карбонатных грунтов.

Жидкое стекло недефицитной кремнефтористоводородной кислоты H2SiF6 применено в качестве отвердителя данной рецептуры.

Кремнефтористоводородная кислота имеет комплексное строение, которое обеспечивает медленное ее разложение в щелочной среде. Высокая потенциальная кислотность, возникающая при разложении кислоты, позволяет применять ее как эффективную коагулирующую добавку к раствору силиката натрия, а наличие в составе кислоты Si02 обеспечивает большой выход геля кремнекислоты. Реакция взаимодействия ее с жидким стеклом протекает по уравнению

3Na20rtSi02 + H2SiF6 + 3H20 -> 6NaF + 4Si02 + 4Н20.

Предложенная рецептура экономична, так как в ней используются очень разбавленные растворы, например, жидкое стекло плотностью 1,04 г/см3 и кислота плотностью 1,037 г/см3 в соотношении 9:1. Время гелеобразования раствора колеблется в пределах от 15 мин до 3 ч и легко регулируется; вязкость   его—1,2—1,5   спз.

Ввиду малых концентраций применяемых растворов этот способ пригоден для закрепления маловлажных песков. Дальнейшие исследования привели к разработке второго варианта силикатно-кремнефтористоводородной рецептуры раствора, очень эффективной, позволяющей закреплять сильновлажные и водонасыщенные    пески.

В основу рецептуры положено использование растворов— компонентов гелеобразующей смеси повышенной концентрации: жидкого стекла плотностью 1,3 г/см3 и H2SiF6 плотностью 1,1 г/см3 в соотношении от 10:3 до 10:2,5.

Сочетание водонепроницаемости и значительной механической прочности закрепленного грунта расширяет область применения данной рецептуры в строительной практике, так как она может быть рекомендована для создания водонепроницаемых завес и экранов и для закрепления грунта с целью усиления основания фундамента зданий и сооружений. Высокие качества закрепленного грунта делают пригодной эту рецептуру и для проходки подземных выработок в мелких песках.

Вязкость гелеобразующего раствора незначительна и составляет 3—5 спз. Время гелеобразования в отличие от более разбавленного силикатно-кремнефтористо-водородного раствора занимает всего 18—20 мин, что потребовало разработки специальной технологии нагнетания, предусматривающей использование специального растворонасоса, в котором совмещено приготовление небольшого объема золя с одновременным его нагнетанием в закрепляемый грунт.

Рецептура на основе силиката натрия и кремнефто-ристоводородной кислоты повышенной концентрации закрепляет трехфазные слабопроницаемые и водонасы-щенные грунты, содержащие карбонаты, глинистые фракции и гумусовые вещества, что делает рецептуру универсальной.

Алюмосиликатная рецептура. Эта рецептура основана на применении в качестве отвердителя кристаллической соли алюмината натрия.

Алюмосиликатный гелеобразующий раствор представляет собой смесь двух растворов — силиката натрия (плотность 1,15 г/см3) и алюмината натрия (плотность 1,05 г/см3) в соотношении 5 : 1. Он имеет щелочную реакцию (рН=13,7), малую вязкость (2,3 спз) и легко регулируемое время гелеобразования. При закреплении им грунт приобретает практическую водонепроницаемость и небольшую прочность порядка 0,15—0,2 МПа.

Рекомендуется для тампонажа аллювиальных мелкозернистых песков (/Сф = 5—10 м/сут), супесей (Кф=г-= 0,2—0,5 м/сут) и мелкозернистых дюнных песков (/Сф = 5—10 м/сут).