Способ закрепления грунта

 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для закрепления глинистых, суглинистых, песчаных, супесчаных и лессовидных грунтов, в особенности в случае наличия в грунтах стальных конструкций, подверженных кислотной коррозии. Способ осуществляется следующим образом. В грунт сначала вводят 4-20%-ный водный раствор щелочи, например гидроксида натрия, а затем вводят 5-30%-ный водный раствор хлорида магния. Технический результат: предотвращение кислотной коррозии стальных конструкций, находящихся в закрепляемом грунте, снижение стоимости проводимого закрепления.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для закрепления глинистых, суглинистых, песчаных, супесчаных и лессовых грунтов, в особенности в случае наличия в грунтах стальных конструкций, подверженных кислотной коррозии.

Известен способ электрохимического закрепления грунта путем введения смеси 5-8%-ного водного раствора резоцина и 10-15%-ного водного раствора сульфатно-бардяного концентрата в соотношении их соответственно 1:0,8-1,2 и во вторую половину периода 15-20%-ного водного раствора формальдегида, а через катод-инъектор - в течение всего периода 2-3%-ного водного раствора бихромата натрия; производят также дополнительное нагнетание 15-20%-ного водного раствора формальдегида через нейтральный инъектор, установленный на одинаковом расстоянии от анода и катода, см. авт. св. SU 1020513, кл. E 02 D 3/12, 21.08.1981.

Недостатки этого способа состоят в небольшой глубине проникания растворов вследствие больших размеров находящихся в них полимерных частиц, а также в высокой стоимости растворимых материалов.

Известен способ электрохимического закрепления грунта, включающий погружение в грунт электродов, подачу на них напряжения постоянного тока, введения цементирующего силикатного материала с обработкой его углекислым газом, см. авт. св. SU 1099400, кл. E 02 D 3/11, 02.07.1982.

Недостатком этого способа является также малый радиус проникания цементирующего материала, что обусловлено большими размерами анионов кремниевой кислоты, а также тем, что анионы движутся к аноду против водяного потока в грунте.

Известен способ закрепления грунта, заключающийся в том, что поочередно вводят в грунт два раствора: силиката натрия и хлорида кальция. Растворы вводят в грунт через инъекторы или скважины, или путем пропитки сверху; возможно также введение растворов в грунт с помощью электроосмотического метода. В результате физико-химической реакции между этими растворами образуется гель кремниевой кислоты. Реакция взаимодействия между растворами происходит по схеме: Na₂OHSiO₂+CaCl₂+mH₂О-->nSiO₂(m-1)H₂O+Са(ОН)₂+2NaCl образующийся гель кремниевой кислоты обусловливает закрепление грунта (R_cm до 8,0 МПа), см. А.И.Халикулов и др. Химия в строительстве, Ташкент, 1983, с. 19).

Данное техническое решение принято за прототип настоящего изобретения.

Его недостаток состоит, в основном, в малой дальности (несколько десятков сантиметров) проникания цементирующего материала, поскольку анионы кремниевой кислоты имеют большие размеры; при электроосмотическом методе введения растворов анионы кремниевой кислоты движутся к аноду против водяного потока в грунте. Поэтому данный способ (как и любые другие, связанные с силикатизацией) мало применим для мелкодисперсных грунтов (глины, суглинки и т.п.). Кроме того, силикат натрия (жидкое стекло) является искусственным материалом, что обусловливает высокую стоимость реализации способа.

Также существенным недостатком прототипа является значительное изменение обработанного грунта в сравнении с первоначальным (усадка).

В основу настоящего изобретения положено решение задачи создания эффективного и сравнительно недорогого способа закрепления мелкодисперсного грунта, в особенности, при наличии в нем стальных конструкций, подверженных кислотной коррозии, а также существенное уменьшение усадки отрабатываемого грунта.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в способе закрепления грунта, заключающемся в поочередном введении в грунт двух растворов, сначала вводят 4-20%-ный водный раствор щелочи, например гидроксида натрия, а затем вводят 5-30%-ный водный раствор хлорида магния.

Происходит следующая химическая реакция: NaOH+MgCl₂+Н₂O-->xMgO•yH₂O•zMgCl₂+NaCl Получается продукт, цементирующий грунт и имеющий сложный состав, характеризуемый переменными значениями x, y, z.

Заявителем не выявлены технические решения, тождественные заявленному изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".

Предложенный способ обладает важным, принципиально новым свойством: цементообразующими ионами являются катионы небольшого размера с высокой подвижностью в грунте. При механическом введении растворов в грунт с малыми порами небольшие по размеру катионы легко проникают на большое расстояние от места их введения (инъектирования, полива).

При электроосмотическом введении растворов катионы движутся к катоду вместе с потоком воды (а не против потока), что способствует их прониканию на большое расстояние от электрода. Кроме того, следует подчеркнуть, что хлорид магния (бишофит) широко распространен в природе и весьма недорог, что многократно удешевляет стоимость реализации способа. Введение раствора щелочи перед введением хлорида магния предотвращает кислую коррозию находящихся в грунте стальных конструкций. Объем обрабатываемого грунта практически не изменяется.

Заявителем не выявлены какие-либо источники информации, содержащие сведения о влиянии отличительных признаков настоящего изобретения на достигаемый технический результат, что обусловливает, по мнению заявителя, соответствие заявленного технического решения критерию "изобретательский уровень".

Сущность предлагаемого способа поясняется следующими примерами (лабораторными).

Пример 1. Суглинок тяжелый, пылеватый, ленточный, мягкопластичный, текучий.

Пористость грунта - 0,5; природная влажность W - 0,394; плотность грунта ρ - 1,32 т/м³; объемная влажность - 0,52; коэффициент фильтрации К_ф - 2,0•10^-5 м/сутки; угол внутреннего трения ϕ - 6 град;
прочность грунта на сжатие С - 0,05 кг/см².

Закрепление образца грунта размерами 15•9•9 см³ проводилось с помощью электроосмотического введения растворов при напряженности электрического поля 1-2 В/см.

Вначале вводился 4%-ный водный раствор NaOH в объеме 270 мл. Через сутки вводился 5%-ный водный раствор MgCl₂ в объеме 330 мл. Через 2 суток электрический ток отключали, при этом грунт продолжал набирать прочность еще в течение 3 суток. Затем проводились испытания обработанного грунта на прочность. Получены следующие результаты:
С - 4,9 кг/см²; ϕ - 22 град.

Пример 2. Песчаный грунт.

Пористость - 0,3;
природная влажность W - 0,344;
плотность грунта ρ - 1,53 т/м³;
объемная влажность - 0,53;
коэффициент фильтрации К_ф - 3,1•10^-4 м/сутки;
угол внутреннего трения ϕ - 7 град;
прочность грунта на сжатие С - 0,05 кг/см².

Обработка образца грунта массой 1860 г проводилась путем последовательного инъектирования 20%-ного водного раствора NaOH (170 г) и 30%-ного водного раствора MgCl₂ (190 г). Растворы вводились непосредственно один за другим. Затем в течение 3 суток грунт набирал прочность. Получены следующие результаты:
С - 6,1 кг/см²; ϕ - 25 град.

Пример 3. Суглинок легкий, пылеватый, слоистый мягкопластичный.

Пористость грунта - 0,4;
природная влажность W - 0,278;
плотность грунта ρ - 1,52 т/м³;
объемная влажность - 0,42;
коэффициент фильтрации К_ф - 4,0•10^-5 м/сутки;
угол внутреннего трения ϕ - 9 град;
прочность грунта на сжатие С - 0,07 кг/см².

Обработка образца грунта размерами 15•9•9 см³ проводилась с помощью электроосмотического введения растворов при напряженности электрического поля 1-2 В/см.

Сначала вводили 10%-ный водный раствор NaOH в объеме 110 мл. Через сутки вводили 15%-ный водный раствор MgCl₂ в объеме 110 мл. Через 2 суток электрический ток отключали, грунт набирал прочность еще 3 суток. Получены следующие результаты:
С - 5,1 кг/см²; ϕ - 24 град.

Способ осуществляется с использованием обычного оборудования и доступных материалов, что обусловливает, по мнению заявителя, его соответствие критерию "промышленная применимость".

Формула изобретения

Способ закрепления грунта, заключающийся в поочередном введении в грунт двух растворов, отличающийся тем, что сначала вводят 4-20%-ный водный раствор щелочи, например, гидроксида натрия, а затем вводят 5-30%-ный водный раствор хлорида магния.