ПОСОБИЕ
по химическому закреплению грунтов инъекцией в промышленном
и гражданском строительстве
(к СНиП 3.02.01-83)

РАЗРАБОТАНО НИИОСП им. Н.М.Герсеванова при участии ряда научно-исследовательских и проектных организаций под общей редакцией д-ра техн. наук, проф. Б.А.Ржаницина и ст. инж. Л.И.Курденкова.

УТВЕРЖДЕНО приказом НИИОСП им. Н.М.Герсеванова от 1 февраля 1985 г. N 15.

Пособие по химическому закреплению грунтов инъекцией в промышленном и гражданском строительстве (к СНиП 3.02.01-83)/НИИОСП им. Герсеванова содержит материалы, разъясняющие и конкретизирующие нормы и правила проектирования и производства работ по химическому закреплению грунтов в их естественном залегании инъекционными способами при устройстве оснований и фундаментов зданий и сооружений, а также других заглубленных конструкций из закрепленных грунтов в промышленном и гражданском строительстве.

Для инженерно-технических работников проектно-изыскательских, проектных и производственных организаций, занимающихся устройством оснований, фундаментов и подземных сооружений.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Пособие по химическому закреплению грунтов инъекцией в промышленном и гражданском строительстве составлено к разделам "Закрепление грунтов" действующих СНиП на проектирование и на производство работ по устройству оснований и фундаментов, без буросмесительного и термического закреплений грунтов, которые не относятся к инъекционным способам.

Разработано на основе результатов выполненных в СССР и за рубежом за последнее время научно-исследовательских работ в области закрепления грунтов в строительстве, а также на основе отечественного и зарубежного опыта применения прогрессивных технологий и новых средств механизации в этой области. При этом использованы также соответствующие, не утратившие своего значения материалы из подлежащего замене Руководства по производству и приемке работ при устройстве оснований и фундаментов. (М., Стройиздат, 1977 г.), в частности подраздел по цементации грунтов, выполненный ранее инж. А.П.Коржецким.

Работа выполнена ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательским институтом оснований и подземных сооружений им. Н.М.Герсеванова Госстроя СССР, научный руководитель - д-р техн. наук, проф. Б.А.Ржаницын, ответственный исполнитель - ст. инж. Л.И.Курденков.

В подготовке материалов для пособия принимали участие: кандидаты техн. наук А.М.Голованов, В.Н.Баранов, А.Т.Черный, канд. геол.-минерал. наук Л.П.Шувалова; инженеры В.Ю.Зеленский и В.Д.Топорков (Ростовский Промстройниипроект); инж. В.В.Торгашов (Гидроспецпроект); канд. техн. наук Б.С.Смолин, инж. В.И.Шароватов (ГПИ "Фундаментпроект"); кандидаты техн. наук Е.С.Дзекцер, Ф.И.Тютюнова; канд. геол.-минерал. наук Н.П.Затеницкая (ПНИИИС Госстроя СССР).

Сотрудники лаборатории закрепления грунтов НИИОСП д-р техн. наук В.Е.Соколович, кандидаты техн. наук А.Н.Токин, М.Н.Ибрагимов, В.К.Чувелев и мл. науч. сотр. И.Б.Вебер во время работы давали консультации и сделали ценные замечания и предложения по тексту.

Общая редакция - д-р техн. наук Б.А.Ржаницын и ст. инж. Л.И.Курденков.

Употребляемый часто в тексте ради краткости термин "химзакрепление", имеющий в общем более широкое значение, применяется здесь исключительно как инъекционное химическое закрепление грунтов.

Пособие отменяет относящиеся к инъекционному химзакреплению грунтов (способами силикатизации, смолизации и цементации) подразделы и приложения разд.5 Руководства по производству и приемке работ при устройстве оснований и фундаментов.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Как способ производства строительных работ химическое закрепление грунтов в широком смысле слова представляет собой искусственное целенаправленное преобразование строительных свойств естественных грунтов их химической обработкой различными реагентами, основанной на реакциях взаимодействия реагентов между собой или с участием химически активной части грунтов. Такое закрепление грунтов обеспечивает необратимость и долговечность приобретенных ими свойств.

1.2. В зависимости от технологии химической обработки грунтов химическое закрепление имеет два направления:

инъекционное химическое закрепление, когда реагенты в виде растворов или газов вводятся в грунты в условиях их естественного залегания и без нарушения их структуры, нагнетанием под давлением;

буросмесительное закрепление грунтов, когда оно осуществляется с нарушением их естественной структуры механическим перемешиванием грунтов с цементами или другими реагентами и добавками, с применением специальных механизмов.

1.3. Инъекционное закрепление распространяется на грунты, обладающие определенной водопроницаемостью, включая песчаные, крупнообломочные, трещиноватые скальные и полускальные грунты, а также просадочные лессовые грунты.

Буросмесительное закрепление распространяется в принципе на все нескальные грунты, включая глинистые, независимо от их водопроницаемости.

Инъекционное химзакрепление давно и прочно вошло в практику строительства. Буросмесительное закрепление находится в стадии становления, но уже сейчас способно успешно решать некоторые важные практические задачи.

Оба направления вместе дополняют друг друга и обеспечивают возможность закрепления всех без исключения грунтов в естественном залегании, что в значительной мере способствует разрешению проблемы строительства на слабых грунтах в сложных инженерно-геологических условиях.

1.4. Настоящее Пособие, разработанное в соответствии с требованиями действующих СНиП, распространяется на проектирование и производство работ по химическому закреплению грунтов при решении различных практических задач в области промышленного и гражданского строительства инъекционными способами силикатизации, смолизации и цементации.

1.5. Не подлежат инъекционному химзакреплению грунты, пропитанные нефтепродуктами, и водонасыщенные грунты при скоростях грунтовых вод св. 5 м/сут. Возможность химического закрепления засоленных грунтов устанавливается специальными исследованиями.

1.6. Инъекционное химзакрепление необратимо повышает механическую прочность и устойчивость, уменьшает сжимаемость и водопроницаемость грунтов, указанных в п.1.3, а также устраняет просадочность при замачивании лессов и лессовидных грунтов, что обеспечивает широкие возможности его применения для решения многих практических задач в строительстве.

1.7. В промышленном и гражданском строительстве инъекционное химзакрепление грунтов применяется для:

усиления и устройства оснований, фундаментов вновь строящихся зданий и сооружений;

усиления оснований и фундаментов существующих зданий и сооружений;

устройства защитных стен и других подземных конструкций из закрепленных грунтов в качестве мероприятий против подвижек грунтов при их подработке горными выработками;

устройства подпорных стенок и укрепления откосов при вскрытии строительных котлованов и других открытых выработок;

повышения несущей способности свай и других опор;

в качестве временного мероприятия при проходке в слабых грунтах различных подземных выработок.

На рис.1-8 схематически показаны различные случаи практического применения инъекционного химзакрепления грунтов.

Рис.1. Опоры из силикатированного просадочного лессового грунта под вновь строящееся сооружение
(на примере административного здания в Ташкенте)

1 - фундамент; 2 - незакрепленный грунт; 3 - закрепленный силикатизацией лесс; 4 - непросадочный грунт

Рис.2. Технологические схемы инъекционного химзакрепления грунтов под фундаментами существующих зданий

1 - фундамент; 2 - инъекторы; 3 - закрепленные массивы по заходкам

Рис.3. Схема инъекционного химзакрепления грунтов под фундаментами существующих зданий по горизонтальной
технологии (на примере смолизации грунтов в основании церкви Ризположения в Московском Кремле)

     
а - план; б - разрез; в - схема манжетно-тампонного инъектора; 1 - инъекторы; 2 - технологические колодцы;
3 - закрепленный массив; 4 - остатки сгнивших уплотнительных свай "коротышей";
5 - инъекторная перфорированная труба; 6 - тампон; 7 - резиновые обоймы.

Рис.4. Подводка фундаментов из химически закрепленных грунтов в качестве предупредительного мероприятия против
осадок существующих зданий от выноса грунта при проходке подземных выработок
(на примере Большого театра в Москве)

Рис.5. Закрепление грунтов в основании существующих зданий при его подработке горной выработкой

     
I-V - последовательный порядок инъекции закрепляющих реагентов (на примере здания на проспекте Маркса,
бывшей Моховой улице в Москве)

Рис.6. Устройство подпорных стенок из химически закрепленных грунтов (на примере работ по реконструкции
Новолипецкого металлургического завода)

1 - инъекторы; 2 - водосборник в котловане; 3 - подпорные стенки из закрепленного грунта; 4 - опускные колодцы;
5 - существующая термическая печь

Рис.7. Устройство защитных стенок из химически закрепленных грунтов против осадок
существующих зданий при проходке подземных выработок

Рис.8. Опережающее инъекционное химзакрепление грунтов при проходке подземных выработок

1 - тоннель;

 2 - закрепленный грунт; 3 - инъекторы; 4 - водонасыщенный песок; 5 - моренный суглинок

1.8. С химической точки зрения в основе инъекционного химзакрепления грунтов лежит явление конденсации неорганических и органических полимеров (крепителей) при их взаимодействии с коагулянтами (отвердителями) и заключающееся в отверждении полимеров в порах и трещинах грунтов, чем обеспечиваются положительные изменения физико-механических свойств закрепляемых грунтов, указанные в п.1.6.

В качестве крепителей применяют водные растворы силиката натрия (неорганический полимер), а также растворы карбамидных и других синтетических смол (органические полимеры). В качестве отвердителей применяют различные неорганические и органические кислоты, соли и химические добавки к ним, некоторые газы.

Закрепление грунтов на основе растворов силиката натрия независимо от применяемых отвердителей называется силикатизацией, на основе карбамидных смол - смолизацией, на основе цементных растворов - цементацией.

Участвующие в процессе закрепления грунтов химические вещества в растворах или газы называются закрепляющими реагентами.

Смесь растворов крепителей и отвердителей рабочих концентраций при однорастворном химзакреплении грунтов называется гелеобразующей смесью.

1.9. С технологической точки зрения инъекционное химзакрепление заключается в нагнетании под давлением в поры грунтов в их естественном залегании отверждающихся и закрепляющих грунты различных химических реагентов: в виде двух отдельно нагнетаемых растворов (двухрастворный способ), одного раствора (однорастворный однокомпонентный способ), одного раствора и газа (двухкомпонентные газовые способы), гелеобразующих смесей из двух компонентов (однорастворные двухкомпонентные способы).

Нагнетание закрепляющих реагентов в грунты осуществляется насосами, сжатым воздухом из специальных пневмобаков или из газовых баллонов, преимущественно по технологии с вертикальным и наклонным заглублением сверху вниз инъекторов или инъекционных скважин с открытой поверхности земли, с отмосток или из внутренних помещений (условно-вертикальная технология). На рис.2, 4, 5, 6 и 7 показаны характерные примеры закрепления грунтов по этой технологии.

Если выполнение инъекционных работ при закреплении грунтов под существующими зданиями и сооружениями по технологии с вертикальным заглублением сверху вниз инъекторов и скважин в силу стесненных условий или по иным причинам невозможно, то инъекционные работы производятся по технологии с горизонтальным заглублением инъекторов и скважин из специально пройденных и оборудованных технологических выработок (траншей, штолен, колодцев); для предупреждения деформаций сооружений в этих условиях в результате возможных подвижек и разуплотнения грунтов под фундаментами стенки технологических выработок, обращенные к сооружению, предварительно подвергаются химзакреплению (условно-горизонтальная технология). На рис.3 показан пример применения этой технологии из двух технологических колодцев.

1.10. При закреплении грунтов под существующими зданиями и сооружениями с ветхими фундаментами в качестве вспомогательного мероприятия против вероятных утечек закрепляющих реагентов через полости и трещины в кладке при нагнетании предусматривается предварительная цементация фундаментов на контакте подошвы с основанием (вспомогательная цементация).

1.11. Для закрепления грунтов в промышленном и гражданском строительстве применяются специально разработанные и опробованные опытом инъекционные химические способы согласно табл.1. Каждый из способов имеет свою область применения, ограниченную величинами коэффициента фильтрации - для песчаных грунтов и значениями коэффициента фильтрации, емкости поглощения и степени влажности - для просадочных лессовых грунтов. Выбор способов закрепления для конкретных грунтов осуществляется, руководствуясь указанной таблицей, с учетом гранулометрического состава, номенклатуры, коэффициента фильтрации и других характеристик естественных грунтов, а также проектных требований к прочностным и деформационным свойствам закрепленных грунтов.

Таблица 1