ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕЛИОРАЦИЯ ГРУНТОВ

Многие грунты в своем природном состоянии по своим свойствам не отвечают тем или иным требованиям строительства. Они могут быть недостаточно прочными, неводостойкими, переувлажненными, рых­лыми, трещиноватыми, с большим содержанием органического мате­риала и т. д. В связи с этим в ряде случаев появляется потребность в определенном преобразовании грунтов и придании им тех или иных необходимых для строительства свойств.

При решении инженерно-строительных задач очень часто прихо­дится преобразовывать как скальные и полускальные, так и дисперсные и мерзлые природные грунты для улучшения их свойств в соответствии с требованиями видов строительства. Это, как правило, приводит к созданию улучшенных по свойствам фунтов. В связи с этим, согласно ГОСТ 25100—95, природными образованиями, измененными в условиях естественного залегания, являются природные грунты, для которых средние значения показателей химического состава изменены не менее чем на 15 %. При этом к ним относятся не только грунты, подвергшиеся целенаправленным изменениям, но и природные грунты, в которых под влиянием деятельности человека произошли различные изменения в составе, строении, состоянии и свойствах.

Решением вопросов улучшения свойств грунтов занимается специ­альное направление инженерной геологии —техническая мелиорация грунтов. Наиболее широкое применение техническая мелиорация грун­тов нашла при строительстве зданий и сооружений в целях искусст­венного изменения свойств грунтов в сторону улучшения их основных свойств: прочности, водоустойчивости, снижения водопроницаемости, что особенно важно, когда эти грунты используются в качестве осно­ваний.

Уплотнение (изменение физическим воздействием) и закрепление (Существуют два основных пути получения улучшенных грунтов —из­менение физико-химическим воздействием). Под грунтами, изменен­ными физическим воздействием, понимают природные грунты, в которых техногенное воздействие (уплотнение, замораживание, тепло­вое воздействие, оттаивание и т. д.) изменяет строение и фазовый состав. Под грунтами, измененными физико-химическим воздействи­ем, понимают природные грунты, в которых техногенное воздействие изменяет их вещественный состав, структуру и текстуру. При уплот­нении, как правило, дисперсных фунтов происходит уменьшение их пористости, увеличивается количество контактов между частицами. Это приводит к увеличению общей прочности грунтового основания и уменьшению его сжимаемости. Грунты уплотняются ,как с поверх­ности (катками, тяжелыми трамбовками, вибрацией, замачиванием), так и в глубине толщ (грунтовые сваи, взрывы, замачивание и т. д.).

При закреплении увеличивается прочность фунтов. Это достига­ется повышением прочности контактов между отдельными частицами Фунта или фунтовыми агрегатами путем склеивания частиц различ­ными химическими веществами (силикатизация, цементация и другие методы), спекания частиц друг с другом (при обжиге фунтов, приме­нение СВЧ — сверхвысоких частот), путем создания ледовых контак­тов (замораживание фунтов), путем армирования фунтового массива (применение различных типов анкеров, геотекстильных и нетканых синтетических материалов) и т. д.

Для упрочнения скальных и полускальных трещиноватых грунтов используют в основном закрепляющие методы — цементацию, биту­мизацию, глинизацию и др. Улучшение свойств дисперсных фунтов производятся всеми методами как закрепления, так и уплотнения. Для крупнообломочных фунтов используют силикатизацию, цементацию, битумизацию, замораживание (при небольших значениях коэффици­ентов фильтрации); для песчаных грунтов — силикатизацию, терми­ческую обработку, смолизацию, кольматацию, замораживание, виброуплотнение, трамбование, укатку, замачивание и др.; для связных грунтов—силикатизацию, электроосмос, термическую обработку, трамбование, укатку, взрывы, замачивание (для лессов), заморажива­ние и др.; для связных органоминеральных и органических фунтов (илы, торф, заторфованные грунты и др.) — электроосмос, электрохи­мическое закрепление, замораживание, гравитационное уплотнение и др.

Следует указать, что все многолетнемерзлые фунты (класс мерзлых фунтов) при оттаивании резко ухудшают свои прочностные и дефор­мационные показатели.

Наибольшее количество методов улучшения свойств связано с дисперсными фунтами. Методы имеют различную сферу использова­ния: одни методы применимы только в предпостроечный период; а другие как в пред построечный период, так и во время строительства и эксплуатации объекта (метод силикатизации). Ряд способов улучшает свойства грунтов только на поверхности земли идо небольшой глубины (поверхностные методы), например, трамбование, уплотнение грунтов укаткой. Другие методы дают возможность уплотнять грунты в глубине грунтовых толщ (силикатизация, термический обжиг) — это глубинные методы. Существуют методы, которые способны улучшить свойства грунтов, как на поверхности, так и в глубине грунтовых массивов, например, виброуплотнение.

Улучшение свойств грунтов в ряде случаев осуществляется после предварительного нарушения природных структурных связей (трамбо­вание, укатка), а в других случаях это достигается при сохранении этих связей (силикатизация, химическая обработка).

В табл. 30 основные методы технической мелиорации грунтов.

Скальные грунты.Ослабление прочности скальных грунтов связано с трещиноватостью и пустотностью. Трещины скрепляются металли­ческими скобами, заделываются цементами и силикатными раствора­ми, что придает скальным грунтам монолитность и прочность. Последнее называют тампонажным закреплением. В целях прекраще­ния фильтрации воды трещины заливают горячим битумом или заби­вают глиной. Аналогичные способы используют для пустот, если они расположены вблизи поверхности земли и ограничены в объемах (противофилыпрационные методы). Водорастворимые скальные грунты, например, хемогенные известняки, которые имеют достаточно высокие прочностные и деформационные показатели, защищают укладкой на их поверхность слоев глин или тяжелых суглинков {защитные методы).

Дисперсные грунты.Улучшить свойства рыхлых и связных грунтов можно различными методами. По своим особенностям их разделяютна три группы:

• физико-механические (механические и физические);

• физико-химические;

• химические.

Это деление имеет известную условность, поскольку многие методы по своему содержанию не вписываются в рамки одной какой-либо группы и часто очень тесно связаны друг с другом.

В литературе по строительству методы технической мелиорации разделяют на две другие группы: методы уплотнения и методы закреп­ления грунтов. Под уплотнением имеется в виду механическое упроч­нение грунтов, а под закреплением все другие способы улучшения свойств (физические, физико-химические и химические).

Физико-механические методы. Механические ме­тоды дают возможность уплотнять дисперсные грунты внешними нагрузками (давлением, ударами, вибрацией). Различают следующие способы уплотнения грунтов: 1) трамбованием; 2) грунтонабивными сваями; 3) виброуплотнением; 4) энергией взрыва; 5) укаткой; 6) грави­тацией. Сущность всех этих способов однотипная — уплотнение грун­тов происходит за счет уменьшения пористости. При этом природные структуры грунтов нарушаются и формируются новые структурные связи. Механическое уплотнение применяют как для рыхлых, так и для связных грунтов.

Трамбование. В промышленное граждане ком строительстве наи­большее применение получил метод механического уплотнения пыле-вато-глинистых грунтов трамбованием. Для трамбования используют железобетонные или металлические трамбовки до 7 т, которые сбра­сываются на грунт с некоторой высоты. В последние годы появился опыт применения сверхтяжелых трамбовок (до 80—100 т). Глубина затрамбованных лессовых просадочных суглинков может достигать 3—3,5 м (при сверхтяжелых трамбовках значительно больше). Приме­няют также двухслойное уплотнение. Вначале на дне котлована вы­трамбовывается первый слой. Далее на уплотненный слой отсыпается такой же грунт и тоже трамбуется. Так образуется второй уплотненный слой. Общая мощность утрамбованного грунта при этом может дости­гать 5 м. Метод трамбования еще используют для вытрамбования строительных котлованов (траншей). В этих случаях дно котлованов будет иметь слой из уплотненного грунта.