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 5-30%-ный водный раствор хлорида магния, а затем вводят 4-20%-ный водный раствор щелочи, например гидроксида натрия. Технический результат: предотвращение разрушения битумного покрытия конструкций, находящихся в закрепляемом грунте, снижение стоимости проводимого закрепления.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для закрепления мелкодисперсных грунтов, в особенности при наличии в грунтах конструкций, снабженных битумным покрытием.

Известен способ электрохимического закрепления грунта путем введения в него раствора жидкого стекла, а также 50%-ного раствора мочевиноформальдегидной смолы, 3%-ного водного раствора гидрата окиси натрия и 5%-ного водного раствора концентрата сульфитно-спиртовой барды в отношении соответственно 16: 1: 3, см. авт. св. SU 536283, кл. E 02 D 3/12, 14.10.1974. Данный способ включает элементы силикатизации и смолизации.

Его недостатки состоят в следующем. Ионы силикатов заряжены отрицательно и движутся к аноду против потока воды в грунте; кроме того, анионы силикатов имеют большие размеры, что делает практически невозможным использование данного способа для закрепления мелкодисперсных грунтов. Следует также отметить, что молекулы смол также имеют большие размеры и при этом не имеют заряда, и движутся только с током воды, что усугубляет недостатки способа.

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+mН₂О-->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.

Этот способ не обеспечивает требуемой дальности проникания закрепляющего материала, поскольку анионы кремниевой кислоты имеют большие размеры и движутся против потока воды в грунте. Вследствие этого данный способ практически неприменим для закрепления мелкодисперсных грунтов (глины, суглинки и т.п.). Следует также отметить, что жидкое стекло (силикат натрия) представляет собой достаточно дорогой искусственный материал, что существенно удорожает стоимость реализации способа.

Настоящее изобретение решает задачу эффективного и недорогого способа закрепления грунта, в особенности в условиях наличия в нем конструкций с битумным покрытием.

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

Происходит следующая химическая реакция: MgCl₂+NaOH+Н₂O-->xMgO•уН₂О•zMgCl₂+NaCl Получаемый продукт цементирует грунт и имеет 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".

Важным новым свойством заявленного способа является то обстоятельство, что цементирующими грунт ионами служат катионы небольшого размера, которые имеют большую степень подвижности в грунте. Эти катионы легко проникают в грунт на большое расстояние от места их осуществления инъектирования растворов или полива. В случае электроосмотического введения растворов катионы движутся к катоду вместе с потоком воды, что обеспечивает большую дальность проникания от электрода. Следует подчеркнуть, что благодаря использованию только природного сырья стоимость реализации способа значительно удешевляется. Введение раствора хлорида магния до введения щелочи предотвращает разрушение битумного покрытия конструкций, находящихся в грунте.

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. Супесь пылеватая, слоистая, с редким гравием, мягкопластичная, внутриморенная.

Пористость грунта - 0,45; природная влажность W - 0,155; плотность грунта ρ - 1,72 т/м³; объемная влажность - 0,36; коэффициент фильтрации K_ф - 1,0•10^-5 м/сутки; угол внутреннего трения ϕ - 17°;
прочность грунта на сжатие С - 0,09 кг/см².

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

Сначала вводили 5%-ный водный раствор MgCl₂ в объеме 330 мл. Через сутки вводился 4%-ный водный раствор NaOH в объеме 270 мл. Через 2 суток электрический ток был отключен, грунт продолжал набирать прочность еще 3 суток. Затем проводились испытания обработанного грунта на прочность. Получены следующие результаты:
С - 4,6 кг/см²; ϕ - 25°.

Пример 2. Песчаный грунт.

Пористость - 0,35;
природная влажность W - 0,58;
плотность грунта ρ - 1,66 т/м³;
объемная влажность - 0,58;
коэффициент фильтрации K_ф - 6,2•10^-4 м/сутки.

Образец грунта массой 1860 г обрабатывали путем последовательного инъектирования 30%-ного водного раствора MgCl₂ (190 г) и 20%-ного водного раствора NaOH (170 г). Растворы вводились непосредственно один за другим. Затем в течение 3 суток грунт набирал прочность. Получены следующие результаты:
С - 6,2 кг/см²; ϕ - 25°.

Пример 3. Суглинок легкий, пылеватый, слоистый, мягкопластичный.

Пористость грунта - 0,42;
природная влажность W - 0,284;
плотность грунта ρ - 1,52 т/м³;
объемная влажность - 0,43;
коэффициент фильтрации K_ф - 4,0•10^-5 м/сутки;
угол внутреннего трения ϕ - 8°;
прочность грунта на сжатие С - 0,09 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 20%-ный водный раствор MgCl₂ в объеме 80 мл, а затем через сутки 10%-ный водный раствор NaOH в объеме 110 мл. Через 2 суток электрический ток отключали, грунт набирал прочность еще 3 суток. Получены следующие результаты:
С - 5,5 кг/см²; ϕ - 24°.

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 5-30%-ный водный раствор хлорида магния, а затем вводят 4-20%-ный водный раствор щелочи, например гидроксида натрия.