Способ закрепления слабых водонасыщенных лессовых и глинистых грунтов Российский патент 2023 года по МПК E02D3/12 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для слабых водонасыщенных лессовых и глинистых грунтов на значительных глубинах в целях повышения устойчивости естественных оползневых откосов, искусственных откосов дамб, котлованов в гидротехническом, дорожном строительстве и при прокладке магистральных нефтепроводов и газопроводов через водные преграды.

Известен способ закрепления слабых грунтов на различных глубинах при помощи их цементации - закачкой в грунтовое основание под большим давлением через трубы инъекторы твердеющего цементного раствора [RU №2256028 по кл. E02D 3/12 от 10.07.2005 г.].

Недостатком данного способа является как большая материалоемкость используемого оборудования для смешивания цементного раствора, его нагнетания в грунт под большим давлением совместно с вибрацией, так и наличие сезонности технологического процесса закрепления грунтов, так как при отрицательных температурах растворы на цементной основе либо существенно замедляют, либо прекращают твердение.

Наиболее близким к предложенному изобретению является способ защелачивания водонасыщенных лессовых и глинистых грунтов, включающий нагнетание в него 2,5-4 н. раствора гидроксида натрия совместно с 1-2% раствора гидроксида кальция.

Данный способ дает достаточно хорошие физико-механические показатели закрепляемых грунтов (прочность и водостойкость). Технологию защелачивания можно использовать в любых погодных условиях (водный раствор щелочи в отличие от цементного раствора не замерзает при отрицательных температурах), к тому же данный способ не требует сложного и дорогостоящего оборудования.

Основным недостатком данного способа является очень высокая стоимость используемых химических реагентов, в частности гидроксида натрия [Авторское свидетельство СССР №1521830 по кл. E02D 3/12 от 15.11.1989 г.].

Цель изобретения - повышение эффективности технологии защелачивания водонасыщенных лессовых и глинистых грунтов за счет снижения стоимости химических реагентов при повышении их прочности.

Поставленная цель достигается повышением прочности путем понижения концентрации гидроксида натрия в растворе с 2,5-4 н. до 1,5-2 н., а в суспензию дополнительно вводят 4-6% сульфата натрия.

Существенная часть гидроксида натрия в растворе для защелачивания грунтов (30-50% по массе) заменяется сульфатом натрия. Положительное действие сульфата натрия по сравнению с известным способом заключается, во-первых, в его гораздо более низкой стоимости (в 5-10 раз стоимость сульфата натрия меньше, чем гранулированного гидроксида натрия), а во-вторых в том, что данный продукт оказывает дополнительное положительное действие на процессы структурообразования и твердения в глинистых и лессовых грунтах при одновременном введении в их состав щелочного (Са(ОН)₂, NaOH) и сульфатного компонентов.

Введение сульфата натрия приводит к двойной активации глинистых и лессовых грунтов. К силикатам и алюминатам натрия и кальция, которые образуются при ведении в данные грунты щелочных соединений, добавляются дополнительные соединения, в частности гидросульфоалюминаты натрия и кальция, которые оказывают дополнительное положительное влияние на упрочнение всей структуры закрепляемого грунта.

Наибольшая прочность укрепленных образцов грунта достигается при использовании к 1,5-2% нормальному раствору гидроксида натрия, 2% молотой негашеной извести и 4-6% сульфата натрия.

Пример. Водонасыщенные лессовый и глинистый грунты укрепляли путем нагнетания в грунты с интенсивностью 3 л/мин растворов гидроксида натрия 1,5 и 2 н. концентрации в смеси с 2% молотой негашеной известью и 4-6% сульфата натрия при постоянном перемешивании полученной сульфатно-щелочной суспензии. Раствор сульфатно-щелочной композиции брался в количестве 1200 л для получения радиуса укрепления грунта 0,7 м.

Для приготовления 1200 л 1,5 н. сульфатно-щелочной суспензии в 1,5 нормальном растворе гидроксида натрия (содержалось: гидроксид натрия 62 кг, негашеной извести 26,4 кг, сульфата натрия 55 кг), а при изготовлении 2,0 нормальной сульфатного щелочной суспензии использовалось 95 кг гидроксида натрия (2 н. раствор), 26,4 кг негашеной извести и 82,6 кг сульфата натрия.

Для сравнения такие же грунты укреплялись известным способом путем нагнетания раствором 2% известково-щелочной суспензии (в 2,5 н. раствора щелочи содержалось гидроксида натрия 120 кг, молотой негашеной извести 26,4 кг) и 1% раствора той же самой суспензии (4 н. раствор, содержащий 140 кг гидроксида натрия и 14 кг молотой извести).

Из укрепленных обоими способами массивов грунтов отбирали на различном расстоянии от инъектора образцы укрепленного грунта и определяли их предел прочности при сжатии. Определение прочностных характеристик укрепленного грунта проводили после 28 суток твердения обработанного раствором грунта на образцах диаметром 100 мм и высотой 110 мм, которые предварительно водонасыщались в течение 7 суток.

Сравнительные результаты этих испытаний представлены в таблице.

Из таблицы видно, что прочность укрепленного грунта, причем во всех диапазонах расстояния от инъектора в предполагаемом способе выше, чем в известном способе, причем при сокращении расхода гидроксида натрия на 30-50%, что обеспечивает значительное снижение стоимости суспензии.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для слабых водонасыщенных лессовых и глинистых грунтов. Технический результат - повышение прочности водонасыщенных лессовых и глинистых грунтов. Способ укрепления слабых водонасыщенных лессовых и глинистых грунтов включает нагнетание в них раствора гидроксида натрия и негашеной извести. При этом в грунты нагнетают раствор гидроксида натрия 1,5-2 н. концентрации в смеси с 2 масс.% молотой негашеной извести и 4-6 масс.% сульфата натрия при постоянном перемешивании полученной сульфатно-щелочной суспензии. 1 табл.

Способ укрепления слабых водонасыщенных лессовых и глинистых грунтов нагнетанием в них раствора гидроксида натрия и негашеной извести, отличающийся тем, что в грунты нагнетают раствор гидроксида натрия 1,5-2 н. концентрации в смеси с 2 масс.% молотой негашеной извести и 4-6 масс.% сульфата натрия при постоянном перемешивании полученной сульфатно-щелочной суспензии.