Способ стабилизации плывучей глины или соленой глинистой почвы Советский патент 1990 года по МПК E02D3/12 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для упрочнения плывучей глины или соленой глинистой почвы путем нагнетания вяжущего материала в грунт.

Целью изобретения является повышение эффективности стабилизации за счет диффузии вяжущего материала в ненарушенный окружающий грунт.

На фиг. 1 изображен разрез глино- содержащей формации почвы, схематически показывающий предпочтительное использование устройства для смешивания сухой смеси химикалий с глиной для образования в формации укрепляющей буронабивной сваи.

На фиг. 1 обозначены: 1 - глинистая порода; 2 - шнекоподобный бур, выбирающий в глине скважину 3 из которой будет образована буронабивная свая. Бур 2 имеет режущую головку 4 и полую буровую штангу 5. Предусмот- . рены также средства (не показаны) для вращения бура 2 и подачи химикалий вдоль и вниз буровой штанги 5 с целью смешивания их с глинистой почвой в скважине 3.

На фиг. 2 представлена режущая головка 4.

Режущая головка представляет собой криволинейный режущий элемент 6, смешивающий при вращении глинистую почСП

оэ ел

00

01

ву. В нижнем конце буровой штанги 5 выполнены отверстия 7 для подачи сухих химикалий. Последние смешиваются с влажной глиной и вступают в реакцию. Смешивание может происходить также во время движения буровой штанги 5 вниз или вверх, когда ее вынимают из скважины.

53514

и 11 - через 30 суток, на фиг. 12 и 13 - через 100 суток.

Кривые на фиг. 8 означают: сплошная - данные серии опытов В1-7, пунктирная - серии С1-7 штриховая - серии D1-7.

Кривые на фиг. 9 означают: сплошная - данные серии опытов В2-7, пунк

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для упрочнения плывучей глины или соленой глинистой почвы путем нагнетания вяжущего материала в грунт. Целью изобретения является повышение эффективности стабилизации за счет диффузии вяжущего материала в ненарушенный окружающий грунт. Стабилизация плывучей глины или соленой глинистой почвы заключается в формировании скважин и заполнении их смесью грунта с вяжущим материалом - сухим основным хлоридом алюминия общей формулы AL(OH)_NCL_3-N, где N=2-2,7, в количестве 2,5-20 г на 100 г влажной глины или соленой глинистой почвы. Предпочтительно вяжущий материал используют в смеси с реагентом, выбранным из группы, включающей хлорид, нитрат и сульфат калия или аммония, в количестве 1-10 г на 100 г влажной глины или соленой глинистой почвы. Наилучшим реагентом является хлорид калия. 2 з.п. ф-лы, 14 ил., 8 табл.

На фиг. 3 показан пример компонов- (0 тирная - серии С2-7, штриховая - се15

30

ки буронабивных свай, вид сверху; на фиг. А - разрез А-А на фиг. 3.

На фиг. 3 и 4 обозначены строящаяся шоссейная дорога 8 и скважины 3. Чтобы стабилизировать глинистую породу 1, необходимо передать действующие на дорогу 8 напряжения ряду буронабивных свай-скважин 3 которые образуют смешиванием оксихлорида алюминия. Буронабивные сваи размещены п непосредственно под полотном дороги, а также по ее сторонам, включая откос. На фиг. 5 показан пример компоновки буронабивных свай для укрепления глинистой формации под фундаментом 25 здания, вид сверху; йа фиг. 6 - разрез Б-Б на фиг. 5«

На фиг. 5 и 6 обозначены фундамент 9 здания, скважины 3 буронабивные сваи, которые укрепляют глинистую породу 1 .

На фиг. 7 показана опытная установка, используемая при изучении процесса диффузии, представляющая собой полый латунный цилиндр диаметром 35 мм, в котором находятся испытуемый материал 10 буронабивной сваи и укрепляемая глинистая порода 1. Цилиндр снабжен рисками 11, которыми обозначены сегменты, пронумерованные по порядку.

На фиг. 8-13 приведены в виде графиков результаты испытаний.

На оси абсцисс отложены значения прочности образца при сдвиге (кН/мй), определенные через заданные промежутки времени. Левая колонка цифр на оси ординат обозначает номер сегмента (диски) цилиндра (по порядку сверху вниз), изображенного на фиг, 7s правая колонка цифр - соответствующую глубину диффузии (см).

рии D2-7.

Кривые . 10 означают: сплошная - данные серии опытов В1-30, пунк тирная - серии С1-30, штриховая - серии D1-30.

Кривые на фиг. 11 означают: сплошная - данные серии В2-30, пунктирная С2-30, штриховая - D2-30.

Кривые на фиг. 12 означают: сплошная - данные серии В1-100, штриховая - D1-100.

Кривые на фиг. 13 означают: сплошная - данные, полученные через 100 дней, для серий В2-100, пунктирная - С2-100.

На фиг, Ik приведены обобщенные результаты опытов.

На отрезке а оси абсцисс отложены значения прочности образца при сдвиге в кН/м, на отрезке б - водосодер- жание в %, на отрезке в - значения рН. Обозначения оси ординат те же, что и на фиг. 8-13.

Способ осуществляют следующим образом.

Пример . Проводили серии опытов, в которых использовали норвежские глины. В их число входили норвежс кая плывучая глина и морская соленая глина. В основном опыты проводили с норвежской плывучей глиной.

В табл. 1 представлены характеристики норвежской плывучей глины и морс кой соленой глины.

Алюминий-гидрокси хлорид - А1(ОН)з,5 Clo.s идрокси-алюминий или ОН-А1) оказывает стабилизирующее воздействие на норвежскую плывучую глину. Плывучая глина, очень мягкая в естественном состоянии, становится 50 при формовании жидкой. После добавки гидрокси-алюминия смесь сначала твердеет, потом несколько смягчается, приобретая более илистые свойства. За несколько минут смесь полимеризу40

Серии опытов В (В 82) на фиг. 8-1 изображены сплошной линией, серии С (С1, С2) - пунктирной линией, серии D (D1, D2) - штриховой линией.

На фиг. 8 и 9 приведены результаты опытов через 7 суток, на фиг. 10

0 тирная - серии С2-7, штриховая - се5

0

п 5

рии D2-7.

Кривые . 10 означают: сплошная - данные серии опытов В1-30, пунктирная - серии С1-30, штриховая - серии D1-30.

Кривые на фиг. 11 означают: сплошная - данные серии В2-30, пунктирная - С2-30, штриховая - D2-30.

Кривые на фиг. 12 означают: сплошная - данные серии В1-100, штриховая - D1-100.

Кривые на фиг. 13 означают: сплошная - данные, полученные через 100 дней, для серий В2-100, пунктирная - С2-100.

На фиг, Ik приведены обобщенные результаты опытов.

На отрезке а оси абсцисс отложены значения прочности образца при сдвиге в кН/м, на отрезке б - водосодер- жание в %, на отрезке в - значения рН. Обозначения оси ординат те же, что и на фиг. 8-13.

Способ осуществляют следующим образом.

Пример . Проводили серии опытов, в которых использовали норвежские глины. В их число входили норвежская плывучая глина и морская соленая глина. В основном опыты проводили с норвежской плывучей глиной.

В табл. 1 представлены характеристики норвежской плывучей глины и морской соленой глины.

Алюминий-гидрокси хлорид - А1(ОН)з,5 Clo.s идрокси-алюминий или ОН-А1) оказывает стабилизирующее воздействие на норвежскую плывучую глину. Плывучая глина, очень мягкая в естественном состоянии, становится 50 при формовании жидкой. После добавки гидрокси-алюминия смесь сначала твердеет, потом несколько смягчается, приобретая более илистые свойства. За несколько минут смесь полимеризу0

ется и через несколько дней становится твердой глиной. Добавка изве.сти оказывает в какой-то мере подобный эффект. Однако разница между гидрок

515

си-алюминием по изобретению и известью при использовании в качестве стабилизаторов заключается в характере их воздействия на окружающую ненарушенную плывучую глину. Гидрокси-алю- миний оказывает стабилизирующее действие на несколько сантиметров вглубь ненарушенной глины, причем плотность достигает 1/10 плотности смеси. Известь оказывает очень малое влияние на ненарушенную глину. По сравнению с хлористым калием гидрокси-алюминий обеспечивает значительно большую плот ность смеси, однако хлористый калий быстрее диффундирует в ненарушенную плывучую глину и стабилизирует грунт на много сантиметров от смеси. Таким образом, комбинация ОН-А1 и КС1 значительно лучше использует свойства обоих стабилизаторов и образует твердый сердечник с мягкой, до средней, ненарушенной глиной. В результате притягивания воды плотность гидрокси- алюминиевой смеси снижается за несколько месяцев примерно до 1/3.

I

Лабораторные исследования были разделены на две части: одна часть - определение оптимального соотношения смеси (опыты серии А1) и зависимости от времени (опыты серии А2) для сухого гидрокси-алюминия и для раствора гидрокси-алюминия, а другая - исследование эффекта диффузии из стабилизированной глины в ненарушенную глину. Опыты с использованием .в качестве стабилизирующей среды только жидкого и твердого гидрокси-а люминия - опыты соответственно серий В1 и В2, опыты со смесью гидрокси-алюминия с хлористым калием - опыты серий С1 и С2, а с метанолом - опыты серий D1 и D2.

Результаты первой части опытов подтверждают преимущество использования сухого гидрокси-алюминия по сравнению с раствором гидрокси-алюминия. Однако раствор гидрокси-алюминия тоже дает существенный положительный эффект.

В табл. 2 показаны концентрации гидрокси-алюминия в опытах серии А1 (А1 характеризует соответствующую серию опытов, цифра указывает количество дней до изъятия образца, а буква - номер сегмента (считая от верха), в котором производился опыт).

В табл. 3 приведены результаты опытов серий А1, А2 и A3.

10

15

20

5

В опытах серии А2 (с изменением времени) использовали только 5 мл 6,2 М ОН-А1/100 г мокрой глины. Длительность опыта 1 ч (h) и 1, 3 7, 30 и 100 суток (d).

Тот же метод использовали для соленой морской глины. Он представлен в табл. 3 опытами серии A3.

Смешанную глину помещали в пластмассовый стакан с крышкой. Стакан покрывали пластмассовой пленкой, ставили в контейнер, заполненный газообразным азотом, и выдерживали при 7СС. Прочность на сдвиг измеряли для каждого образца. Некоторые образцы сдавливали и измеряли рН содержащейся в порах воды. В некоторых случаях методом атомной абсорбции определяли содержание кальция, магния, калия и натрия.

Результаты представленных в табл.3 опытов свидетельствуют о том, что сухой гидрокси-алюминий обеспечивает лучший эффект, чем раствор гидрокси- алюминия. Концентрация смеси гидрокси-алюминия меняется от 0 до 15% от веса влажной глины или 0-20% от сухого веса (серия А1). Прочность на сдвиг изменяется при варьировании концентрации гидрокси-алюминия от показателя ЖИ.ДКОГО СОСТОЯНИЯ (0 ,1 кН/м2 )до твердой плотной глины ( 375 кН/м). Сравнение результатов примешивания жидкого продукта и сухого продукта показывает, что добавка одновременно с гидрокси-алюминием воды снижает эффект стабилизации.

При небольшой добавке сухого гид- 0 рокси-алюминия (примерно 5%), т.е. до 8% сухого веса, глина становится пластичной. Если небольшая добавка гидрокси-алюминия приводит к немедленной пластичности глины, то повышенная добавка приводит к получению сначала более жесткой глины, которая через минуту смешивания становится более рыхлой. Затем глина приобретает илистый характер, а потом медленно переходит в более твердую глину. При недостаточном размешивании твердого гидрокси-алюминия он притягивает воду и образует хрупкий гель.

Глину и раствор гидрокси-алюминия смешивают при следующем соотношении: 5 мл 6,2 М ОН-А1 и 100 г влажной глины, смесь выдерживают в течение 1 ч; 3, 7, 30 и 100 суток. Затем измеряют прочность на сдвиг. Ввиду очень вы0

5

5

0

5

сокого водосодержания глины добавочная вода из жидкого гидрокси-алюминия приводит глину в жидкое состояние. За 100 дней формованная соленая морс- кая глина ни разу не достигает первоначальной прочности на сдвиг.

Результаты опытов при применении сухого гидрокси-алюминия лучше.

Вторая часть опытов - исследование эффекта диффузии из стабилизированной глины.

Для проведения этих опытов применяли небольшие латунные цилиндры диаметром 35 мм разной высоты (фиг. 7) Цилиндры снизу заделывали, а верхние 5 см над ненарушенной плывучей глиной заполняли смесью.

Формованная глиняная смесь содержит в опытах серии

81- 5 мл 6,2 М ОН-А1/100 г влажной глины;

82- 15 г порошкообразного ОН-А1/ /100 г влажной глины;

С1 - 5 л 6,2 М ОН-А1 + 9,5 г твер- дого хлористого калия на 100 г влажной глины;

С2 - 15 г порошкообразного ОН-А1 + + 9,5 г твердого хлористого калия на 100 г влажной глины;

D1 - 5 мл 6,2 М ОН-А1 + k мл метанола/100 г влажной глины;

D2 - 15 г порошкообразного гидрокси-алюминия ОН-А1 + 5 мл метанола на 100 г влажной глины.

Образцы заделывали пластичным материалом, выдерживали в течение 7, 30 и 100 суток в заполненном азотом контейнере при 7СС. Консистенция смеси трудностей не создавала. Формован- ная глина в опытах серии В была жидкой, в сериях С - сухой и пластичной, а в сериях D - сырой и пластичной.

После выдержки, глиняные столбики выталкивали и производили измерение прочности на сдвиг. Затем глину нарезали ломтиками толщиной 2,5 см, В каждом ломтике одну часть использовали для определения водосодержания, а другую часть сжимали и определяли пу- тем атомного абсорбирования рН и состав содержащейся в порах воды (кальций, магний, калий, натрий).

В табл. 4-8 и на фиг. 8-14 пред1 ставлены результаты указанных опытов за серией указан номер образца и длительность эксперимента в сутках, а третья цифра показывает номер сегмента, считая от верха цилиндра. Так,,

С2-30-8 означает: С2 - смесь твердого гидрокси-алюминия с хлористым калием; 30 - 30 суток, а 3 - третий сегмент сверху).

Измеряли прочность на сдвиг каждого сегмента. Использовали метод падающего конуса (заостренный конус проникает в глину под действием силы тяжести) . Миллиметры пенетрации пересчитывали в кН/м12 по стандартной кривой. Измеряли также водосодержание (в % от

сухого веса), содержание кальция, магния, калия и натрия в отжатой из пор воде и рН. Содержание элементов определяли атомным абсорбированием с невысокой точностью. Для получения исходных данных для оценки опытов естественную плывучую глину подвергали минералогическому анализу, проверке гранулометрического состава и катио- нообменной способности, определению содержания неорганического и органического углерода и соли.

Во второй части опытов испытывали также цилиндры ненарушенной плывучей глины. Длину цилиндров варьировали от 10 до 30 см. Некоторые цилиндры содержали илистые слои, которые влияли на прочность на сдвиг и на водосодержание, а следовательно и на диффузию.

Неоднородность цилиндров могла стать причиной осложнений как во время вталкивания глины в цилиндры, так и во время выталкивания из них. В некоторых случаях возникал дренаж воды, накопленной на дне. Окисление глины подавляли помещением цилиндров в атмосферу азота при 7° С.

Как показано на фиг, 7, формованную глину, стабилизированную либо гидрокси-алюминием и хлористым калием, либо гидрокси-алюминием и метанолом, либо одним только гидрокси-алюминием, -помещали поверх цилиндров. Затем цилиндры заделывали несколькими слоями пластичного материала и выдерживали в течение 7 30 или 100 суток. В конце каждого прогона глину выталкивали в направлении сверху вниз по цилиндру измеряли различные параметры.

При смешивании формованной глины с раствором (6,2 м) гидрокси-алюминия глина становилась жесткой (60 кН/м ) и оставалась жесткой (50-80 кН/м ) в течение всего периода испытаний. В

табл. 5 наблюдается довольно низкая из-за диффузии прочность на сдвиг в ненарушенных глинах.

Эффективность и характер пенетра- ции стабилизирующего эффекта в ненарушенную глину неясен.

Смесь с гидрокси-алюминием вытягивала воду из ненарушенной глины. Этот эффект наблюдали также при всех других экспериментах. Гидрокси-алюминий имел кислую реакцию, проникающую вниз по столбу, но со временем нейтрализуемую.

Химические параметры содержащейся в порах воды во всех трех опытах бы- j ли одинаковыми за исключением очень

высокого выделения калия, наблюдавшегося в серии В1-30, и высокого содержания магния в серии В1-7.

Формование плывучей глины гидрокси-алюминием приводит к высвобождению значительного количества катионов в заполняющую поры жидкость. Например, концентрация калия возрастает примерно в 10 раз, магния - примерно в 100, а кальция - более чем в 200 раз. Разность концентрации в формованной и ненарушенной глинах форсирует диффузию этих катионов в ненарушенную глину.

Сухая гидрокси-алюминиевая смесь дает значительно лучшие геотехнические результаты, чем раствор гидрокси- алюминия. Формованная глина немедленно повышает прочность на сдвиг, которая со временем снижается до 1/3 первоначальной величины (см, табл. 4-7). Эффект стабилизации с течением времени ненарушенной глины не столь однозначен для сухого гидрокси-алюминия, как для раствора гидрокси-алюминия. При опытах пенетрации в первоначальную глину средний уровень прочности на сдвиг ( кН/м ) отмечается во вре20

25

30

35

40

си-алюминия сухой гидрокси-алюминий выделяет равное количество калия и магния (фактор 10 и 100), но в отношении кальция фактор несколько ниже (100-200).

Из табл. 5 следует, что смешивание (6,2 М) гидрокси-алюминия с твердым хлористым калием приводит к получению жесткой формованной глины с прочностью на сдвиг 50-80 кН/м 2, не зависящей от длительности эксперимента. Диф фузия материала вниз в ненарушенную глину приводит к образованию средне- жесткой глины (25-50 кН/м 2) на глубине 6 (В1-7) и 11 см (В1-30). Повышенная прочность на сдвиг ненарушенной глины обусловлена диффузией ионов кэ лия.

Измерение водосодержания указывает на некоторый дренаж воды в серии испытаний С1-7. Тем не менее обнаруживается указанный выше осмотический эффект гидрокси-алюминия. Измерениями рН установлены большие различия для стабилизированной и ненарушенной глин (не менее 2,5 ед. рН) в начале экспериментов. Сс временем кислота (Н) проникает вниз столба и медленно нейтрализуется. Общая тенденция химического состава содержащейся в порах воды не отличается от описанных опытов, исключая большое добавление калия. Одна и та же размерная константа диффузии наблюдается в обоих

экспериментах серии С1. Примерные зна- значения: CMCI ного опыта и CMQ-c i

для 7-дневдля 33- дневного опыта. Значения - приближенные ввиду отсутствия точной информации о концентрации с резервуаре или о постоянстве концентрации в резервуаре. При этом учитывается неоднородность глины и отсутствие химичесмя испытания в k-Э см вниз по столбу. 45 КИХ Реак4ий ПРИ Физических изменениях глины. Содержания магния и кальция в содержащейся в порах воде примерно такие же, как в серии В1.

В табл. 6 представлены результаты 50 опытов при использовании в качестве стабилизирующих химикалий сухого гидрокси-алюминия и хлористого калия. Такая смесь образует твердую формованную глину с начальной прочностью 55 на сдвиг кН/м2, уменьшающейся за период испытания до 100Измерение водосодержания подтверждает осмотический эффект гидрокси-алюминия. Формованная глина содержит воды на 30% больше, чем ненарушенная глина через 100 суток. Измерения рН подтверждают наличие кислой реакции гидрокси-алюминия. Расхождение между нарушенной н ненарушенной глиной может быть не менее 2 рН. Химический анализ содержащейся в порах воды подтверждает вышеуказанную тенденцию. В серии В2-100 обнаруживается более вы- сокое выделение кальция, магния и натрия. По сравнению с раствором гидрок200 кН/м . Диффузия веществ вниз в ненарушенную глину приводит к образованию среднежесткой глины (25-

j

0

5

0

5

0

си-алюминия сухой гидрокси-алюминий выделяет равное количество калия и магния (фактор 10 и 100), но в отношении кальция фактор несколько ниже (100-200).

Из табл. 5 следует, что смешивание (6,2 М) гидрокси-алюминия с твердым хлористым калием приводит к получению жесткой формованной глины с прочностью на сдвиг 50-80 кН/м 2, не зависящей от длительности эксперимента. Диффузия материала вниз в ненарушенную глину приводит к образованию средне- жесткой глины (25-50 кН/м 2) на глубине 6 (В1-7) и 11 см (В1-30). Повышенная прочность на сдвиг ненарушенной глины обусловлена диффузией ионов кэ лия.

Измерение водосодержания указывает на некоторый дренаж воды в серии испытаний С1-7. Тем не менее обнаруживается указанный выше осмотический эффект гидрокси-алюминия. Измерениями рН установлены большие различия для стабилизированной и ненарушенной глин (не менее 2,5 ед. рН) в начале экспериментов. Сс временем кислота (Н) проникает вниз столба и медленно нейтрализуется. Общая тенденция химического состава содержащейся в порах воды не отличается от описанных опытов, исключая большое добавление калия. Одна и та же размерная константа диффузии наблюдается в обоих

экспериментах серии С1. Примерные зна- значения: CMCI ного опыта и CMQ-c i

для 7-дневдля 33- дневного опыта. Значения - приближенные ввиду отсутствия точной информации о концентрации с резервуаре или о постоянстве концентрации в резервуаре. При этом учитывается неоднородность глины и отсутствие химичесВ табл. 6 представлены результаты опытов при использовании в качестве стабилизирующих химикалий сухого гидрокси-алюминия и хлористого калия. Такая смесь образует твердую формованную глину с начальной прочностью на сдвиг кН/м2, уменьшающейся за период испытания до 100200 кН/м . Диффузия веществ вниз в ненарушенную глину приводит к образованию среднежесткой глины (25-

11

50 кН/м) до глубины 5 см (С2-), 10 см (С2-10) и 20 см (С2-100). Максимальная прочность на сдвиг в ненару шенной глине за время эксперимента немного увеличилась. Увеличение прочности на сдвиг обусловлено, в основном, так же, как в серии С1, диффузией калия.

Измерение водосодержания дает аналогичную картину с ранее описанной. Водосодержание стабилизированной сме си возрастает в ненарушенной глине от 7 до примерно 30%« Данные о рН име ются только для ненарушенной глины; они обнаруживают лишь небольшое возрастание вгиз по столбу. Эта тенденция аналогична ранее описанной. Нет расхождений между этими и ранее описанными анализами химического состава содержащейся в порах воды Размерный коэффициент диффузии калия соста10

вил в трех опытах: , с

(С2-7); 4 -КГ 1-6 „.,Ј

ней глины (tO кН/м4-) . Образцы серии D2-100 были разрушены и определения прочности при сдвиге не были сделаны. Верхние 3 см формованной глины стали жидкими; следующие несколько сантимет ров были очень мягкими, а последние сантиметры - жесткими и очень жесткими. Прочность при сдвиге ненарушенной глины повышается до уровня средней глины (25 кН/м ) в k см вниз по столбу за 7 дней и в 7 см за 30 дней. Пе- нетрация в серии D2-100 не оценена. Водосодержание - неравномерное (смесь притягивает воду и даже ожижает формованную глину). Тенденция градиентов рН аналогична ранее описанной; отмечались те же концентрации и тенденции химического состава содержащейся в порах воды, как в других сериях испытания с сухим гидрокси-алюминием. Только в опытах серии D2 отмечается более медленная пенетрация веществ в ненарушенную глину.

На фиг. 8 приведены результаты сравнения прочности через 7 суток только для раствора гидрокси-алюминия и дли раствора с добавками. Смесь с раствором гидрокси-алюминия образует

15

20

(С2-30) и

см г . с (С2-100). Содержания 25 кальция и магния такие же, как в сериях В2„

В табл. 7 приведены результаты опытов при использовании метанола

Эта смесь образует довольно мягкую зо жесткую глиняную смесь (65 кН/м) чеформованную глину, частично становящуюся во время опыта жидкой (D1-10Q). Эффект стабилизации диффундирующими веществами небольшой. Только самый верхний в 1 см слой ненарушенной глины обладает прочностью при сдвиге, превышающей в начале периода 25 кН/мв„ Далее через несколько сантиметров прочность падает до 15 25 кН/м4. Эти результаты близки к полученным в сериях В1, что свидетельствует о незначительности положительного эффекта от добавки метанола.

Измерения водосодержания не дают полного предстаеления о характере тенденции притягивания воды. При из мерении рН четко прослеживается градиент рН по мере диффузии Н из источ1 ника вниз по столбу Химические показатели содержащейся в порах воды аналогичны ранее описанным.

В табл. 8 приведены результаты опытов при использовании в качестве стабилизующей среды сухого гидрокси- алюминия с метанолом. Эта смесь за 7 суток образует жесткую до очень жесткой (примерно 100 кН/м } смесь формованной глины Через 30 суток прочность снижается до уровня сиед10

ней глины (tO кН/м4-) . Образцы серии D2-100 были разрушены и определения прочности при сдвиге не были сделаны. Верхние 3 см формованной глины стали жидкими; следующие несколько сантиметров были очень мягкими, а последние сантиметры - жесткими и очень жесткими. Прочность при сдвиге ненарушенной глины повышается до уровня средней глины (25 кН/м ) в k см вниз по столбу за 7 дней и в 7 см за 30 дней. Пе- нетрация в серии D2-100 не оценена. Водосодержание - неравномерное (смесь притягивает воду и даже ожижает формованную глину). Тенденция градиентов рН аналогична ранее описанной; отмечались те же концентрации и тенденции химического состава содержащейся в порах воды, как в других сериях испытания с сухим гидрокси-алюминием. Только в опытах серии D2 отмечается более медленная пенетрация веществ в ненарушенную глину.

На фиг. 8 приведены результаты сравнения прочности через 7 суток только для раствора гидрокси-алюминия и дли раствора с добавками. Смесь с раствором гидрокси-алюминия образует

15

20

25 зо жесткую глиняную смесь (65 кН/м) че5

0

5

0

5

рез 7 суток. Добавка хлористого калия картины не меняет, однако добавка метанола снижает прочность вследствие увеличения содержания жидкого вещества в растворе - до примерно 30 кН/м4. Раствор гидрокси-алюминия очень мало повышает прочность при сдвиге ненарушенной глины и то только до глубины в несколько сантиметров.

Добавление метанола несколько эффективнее повышает прочность при сдвиге в тех же немногих верхних сантиметрах. Добавка хлористого калия повышает прочность при сдвиге до большей глубины, чем в двух предшествующих случаях. Причиной является добавка калия, однако некоторая доля повышения прочности на сдвиг могла быть обусловлена и выделением диффундирую™ щих веществ, например, кальция и магния.

На фиг. 9 сопоставлены результаты измерения прочности через 7 суток при введении сухого гидрокси-алюминия (одного или с добавками). Сухая смесь гидрокси-алюминия повышает прочность при сдвиге формованной глины до 300 кН/и12- (твердая глина) , Примесь сухого гидрокси-алюминия и хлористо13

го калия обеспечивает примерно такую же прочность при сдвиге, но добавка гидрокси-алюминия с метанолом повышает прочность при сдвиге только до 100 кН/м1. Меньшая прочность в случае добавки метанола обусловлена добавкой жидкости.

Прочность при сдвиге возрастает во всех трех экспериментах примерно одинаково, до 4-5 см онд была на уровне среднежесткой глины (25- 50 кН/м ). Расхождение результатов серий опытов с наличием хлористого калия и без него подтверждаются и химическим анализом содержащейся в порах воды. При добавке хлористого калия содержание кальция, магния и калия выше. Более высокая, чем во всех других опытах, прочность при сдвиге в сериях D2 обусловлена концентрацией кальция в содержащейся в порах воде или содержанием метанола.

На фиг. 10 сопоставлена 30-суточ- ная прочность при использовании раст вора гидрокси-алюминия (одного или с различными добавками). Прочность формованной глины с добавкой раствора гидрокси-алюминия составила 70 кН/м, примерно то же, что для см си раствора гидрокси-алюминия с хлористым калием (около 60 кН/м12-). Прочность для раствора гидрокси-алюминия с добавкой метанола достигла только 30 кН/м1.

Добавка в ненарушенную глину раствора гидрокси-алюминия с метанолом или без него дает близкие результаты. Прочность в см вниз по столбу составила примерно 20 кН/м1 даже при различном химическом анализе содержащейся в порах воды. Смесь раствора гидрокси-алюминия с хлористым калием значительно эффективнее другого состава, ибо в 11 см вниз по стол бу образует среднежесткую глину. В сериях С1-30 содержание кальция, магния и калия в воде из пор, исключая первые два сантиметра, значительно выше, чем в других сериях показатели прочности при сдвиге также выше.

На фиг. 11 представлены данные для 30-суточного образца с сухим гид рокси-алюминием. Смеси с сухим гид- рокси-алюминием отличаются большим рассеянием прочностных показателей при различных добавках. Прочность формованной глины достигает для сухой смеси с гидрокси-алюминием 100 кН/м

10

15

20

2545565351й

-однако добавка гидрокси-алюминия с хлористым калием оказалась значительно эффективнее (300-400 кН/м), зато ниже прочность при сдвиге для гидрокси-алюминия с добавкой метанола 30- 60 .

Добавка смеси гидрокси-алюминия и метанола в ненарушенную глину наиболее эффективна так же, как в /-суточ- ных сериях, на первых двух сантиметрах (35 кН/мй). На следующих 7 см смесь гидрокси-алюминия и хлористого калия обеспечивает наибольшую прочность в 25-35 кН/м12-. Наблюдается большое расхождение между прочностью ка сдвиг, обеспечиваемой различными смесями, после 30 и 7 суток. В этих сериях (82-30, С2-30 и D1-30) не обнаруживается явной связи между прочностью на сдвиг в ненарушенной глине и химическими показателями воды из пор.

На фиг. 12 и 13 сопоставлен обеспечиваемый различными стабилизирующими агентами, наблюдаемый через 100 суток, эффект. Примесь раствора гидрокси-алю- мин«я образует жесткую глину (50- 80 кН/м) даже через 100 суток. Смесь раствора гидрокси-алюминия с метан - лом дает различные величины, начинай от жидкости (0,1 кН/м ) в верхних трех сантиметрах до 40 кН/м Р нижних 2 см.

Смеси мало влияют на ненарушенную глину. Прочность при применении раствора гидрокси-алюминия с метанолом превышает 15 кН/м& до глубины 7 см и примерно до глубины 1 см для одного только раствора гидрокси-алюминия. При

30

35

45

40

50

5

применении раствора гидрокси-алюминия уменьшается прочность при сдвиге ненарушенной глины при переходе от

7к 30-суточным опытам.

Как видно из фиг 13, добавка сухого гидрокси-алюминия в плывучую глину приводит к повышению прочности на сдвиг от 90 до 400 кГ/м2- от аерха до низа формованной глины. Этот результат недалек от обеспечиваемого добавкой сухого гидрокси-алюминия с хлористым калием; он лежит в пределах тех же величин. Опыт с сухим гидрокси-алюминием и метанолом был нарушен и прочность при сдвиге не определена.

8этом случае верхние 3 см находились в жидком состоянии.

Прочность при сдвиге ненарушенной глины несколько превышает результаты для 30-суточной выдержки. При примеi i

нении одного сухого гидрокси-алюминия прочность на сдвиг колебалась до глу

бины 9 см от 20 до 50 на протяжении k см она превышала 40 кН/м . Добавка сухого гидрокси-алюминия и хлористого калия обеспечивает прочность при сдвиге от 25 до 50 до глубины см и более 20 кН/м для дополнительных 7 см. Существует хорошая корреляция между прочностью при сдвиге и содержанием кальция, магния и калия в воде из пор.

На фиг. 1А сопоставлены результаты стабилизации через 100 суток для одного только сухого гидрокси-алюминия, хлористого калия и СаО. Сравнение прочности на сдвиг формованной-, глины свидетельствует о том, что сухим гидрокси-алюминием обеспечивается большая жесткость, чем с помощью СаО, Один только хлористый калий стабилизирующего эффекта не дает.

В ненарушенной глине эффект стабилизации ограничен. В пределах 3 .см прочность на сдвиг ниже стабилизированной СаО глины падает с 100 до 20 кН/м. При использовании сухого гидрокси-алюминия она падает с 50 до 20 (в 9 м вниз по столбу) . Хлористый калий обеспечивает прочность 20-25 кН/м 2- до глубины 19 см. Повышенная прочность на сдвиг в ненарушенной глине обусловлена при стабилизации СаО большим поглощением воды из- вестью. Гидрокси-алюминий также обла- дает-способностью притягивать воду. Но в данном случае этот эффект проявляется глубже в столбе из-за большего содержания катиона. При стабилизации с помощью СаО смещение воды вверх мае кируется химической реакцией СаО + + - Са (ОН)а , связывающей большое количество воды. Хлористый калий на водосодержание не влияет.

Применение только одного гидрокси алюминия с точки зрения стабилизации весьма перспективно, Количество гидрокси-алюминия должно составлять не менее 15% от веса влажной глины. Оп15

10

15

20

35

53511б

тимальные результаты могут быть достигнуты и при более высоких соотношениях. Повышенная доля гидрокси-алюминия еще больше повышает прочность на сдвиг формованной глины.

Еще влажнее с геотехнической точки зрения результаты применения сухого гидрокси-алюминия в смеси с хлористым калием. В формованной глине хлористый калий не уменьшает прочности, достигаемой с помощью одного сухого гидрокси-алюминия,

В ненарушенной глине, в которой гидрокси-алюминий менее эффективен, хлористый калий относительно быстро диффундирует, образуя глубже лежащие в глине зоны стабилизации. Гидрокси- алюминий не мешает проявлению этого свойства хлористого калия.

Изобретение обеспечивает стабилизацию глины из указанных отложений путем примешивания к глинистой почве сухого гидрокси-алюминия и калия.

Формула изобретения

1, Способ стабилизации плывучей глины или соленой глинистой почвы, включающий формирование скважин и заполнение их смесью грунта с вяжущим

материалом,

отличающийся

тем, что, с целью повышения эффективности стабилизации за счет диффузии вяжущего материала в ненарушенный окружающий грунт, в качестве вяжущего материала используют сухой основной хлорид алюминия общей формулы А1(ОН)цС:Ц-г /, где п 2-2,7, в количестве 2,5-20 г на 100 г влажной глины или соленой глинистой почвы.

3 о Способ по пп, 1 и 2 9 о т л и- чающийся тем, что в качестве реагента используют хлорид калия.

Т ч б л и ц а 1

Таблица 2

Результаты опытов изменения концентрации (А1), опытов определения зависимости от времени (AZ), опытов для соленой морской глины (A3) с применением сухого гидрокси-алюминия и раствора гидрокси-алюминия

О

1 1 1 1

7 7 7 7 7 7 7 7 7 1h 1 3 7

30 104

7

28

102

О

1h 1 3 7

30 100 7

9,8 18,5

5,0

0,5 :0,1

50

6,5

1,2 ,1

39

70

145

240

375

25

18,5

61

50

60

63

75

78 7,0 0,6 0,6 0,6 0,8 2,4 3,8 1,9

36,0

52,2

Таблица 3

10,4 4,0

13

170

6900 900

4800

6950

6670

610 740 720

370

140 230 170

920

660 890 790

8,0 260

680

240 6300

21

Результаты опытов диффузии с использованием раствора гидрокси-алюминия (В1) и сухого гидрокси-алюминия (В2)

1565351

22

Т а б

л и ц а ч

23

1565351

Результаты опытов диффузии с использованием раствора гидрокси-алюминия и хлористого калия

Таблица 6

Результаты опытов диффузии с использованием сухого гидрокси-алюминия

и хлористого калия

30

100

100

280 375 33 31 18 11

310

375 30 36 30 27 31 12 11 15 95

240 29 39 39

24 Таблица 5

7.641607.

8,k 8,3 38 7,5 19

800 630

380

15

5,1

52000 26400

3840 39 20

960 880

7Ю 340 270

7,6 3620 890 35500 1210

i

8,0 1700 660 20200 1000

25

1 ,.Таблица

Результаты опытов диффузии с использованием раствора гидрокси-алюминия

и метанола

1565351

26 Продолжение табл. 6

Таблица 8 I

Результаты опытов диффузии с использованием твердого сухого гидрокси-алюминия

в метаноле

Фиг.1

I

ь

.2.

/

Г V-V

Ј 871ф

Ъ ЪЩ Ј I Ј Ј

Б-Б

Фие.6

Ю

11

Фиг.7

JO

100

woo

Фаг.П