книги из ГПНТБ / Воронкевич, С. Д. Газовая силикатизация песчаных пород

Максимальная прочность через 2 года после закрепления установлена в гор, Q и В2, где благодаря наличию горизон­ тальных железистых прожилок наблюдалась значительная концентрация кремниевой кислоты (2,60—2,75%, табл. 36, опыт 7). Прочность образцов грунта с указанным содержа­ нием S i0 2 достигала 8— 10 кг/см2, а в отдельных случаях — 12,7 кг/см2. Уменьшение содержания кремниевой кислоты в

При отсутствии ожелезненностн і(табл. 36, опыт 8) и со­ держании кремнекислоты 1,88—2,24% прочность закрепления изменяется в пределах 4—6 кг/см2. В образцах с содержани­ ем кремниевой кислоты до 1,30—0,87% она колеблется от 2,5 до 4 кг/см2, в отдельных случаях достигая 5 кг/см2. Более

(1,66—2,75%), прочность колеблется от 1 до 3 кг/см2. В от­ дельных местах, где концентрации S i0 2 достигают высоких значений, прочность составляет 8,2 кг/см2.

Т а б л и ц а 37

Результаты определения прочности на сжатие закрепленных грунтов

Неоднородность толщи аллювиальных отложений, наличие погребенных почв и ожелезненных горизонтальных прослоек обусловливают известную неоднородность закрепления. Ред­ кие железистые прослойки вертикального направления задер­ живают движение раствора силиката натрия, приводят к кон­ центрации S i0 2 в отдельных точках, в связи с чем прочность повышается до 8— 12 кг/см2.

112

приводит к увеличению общей площади взаимодействия це­ мента и зерен, и к возрастанию прочности закрепления.

Влияние основных породообразующих минералов на эф­ фективность газовой силикатизации проявляется следующим образом. Наименее прочное взаимодействие силнкатноуглекнслого геля и зерен наблюдается при обработке порошка кварца, что обусловлено отсутствием гидратированного слоя на поверхности кварцевых зерен. Максимальная прочность получена при обработке фракций микроклина, что, вероят­ но, связано с наличием на поверхности зерен гидроксильных групп и некомпенсированных ионов алюминия. Роговая об­ манка среди силикатных минералов по интенсивности взаи­ модействия с силикатноуглекислым гелем занимает проме­ жуточное положение. Значительная прочность закрепления кальцита обусловливается реакцией бикарбонизации, широ­ ко протекающей на поверхности карбонатных зерен и интен­ сифицирующей процесс гелеобразоваиия.

Помимо силикатных гидратированных пленок на поверх­ ности песчаных зерен часто встречаются органические и же­ лезистые пленки. Любая поверхностная пленка при взаимо­ действии частиц породы с цементообразующим гелем игра­ ет двоякую роль: физическую и химическую. В первом слу­ чае, как правило, отсутствует химическое средство материала пленки и геля и пленка выполняет функции экрана, препят­ ствуя непосредственному контакту и снижая эффект упроч­ нения. Такую роль выполняют тонкие гумусовые пленки на поверхности кварцевых зерен.

При наличии той или иной степени химического сродства материала пленки и геля наблюдается повышенная адсорб­ ция и химическое взаимодействие с образованием железисто­ силикатных соединений, что приводит к повышению прочно­ сти контакта и обусловливает высокий физико-механический комплекс закрепленных грунтов.

Строение песчаной толщи контролирует главным образом равномерность закрепления и устойчивость эффекта закреп­ ления во времени. В последнем случае решающее значение имеет то, что особенностями строения обусловливается появ­ ление различного рода градиентов: концентрационного, влаж­ ностного, температурного и т. д.

На распределение искусственного кремнезема и прочности закрепления существенное влияние оказывает анизотропия гранулометрического состава и плотности сложения, суммар­ ное проявление которых сказывается через проницаемость отдельных частей массива. В общем виде уменьшение водо­ проницаемости ведет к концентрированию S i0 2 и увеличе­ нию прочности закрепления. Однако эта закономерность мо­ жет искажаться в ту или другую сторону особенностями со­ става отдельных слоев и прослоев массива. Ожелезненность

114

ГЛАВА IV

ОПЫТ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ СПОСОБА ГАЗОВОЙ СИЛИКАТИЗАЦИИ ПЕСЧАНЫХ ПОРОД

Промышленное освоение способа газовой силикатизации началось в 1970 г. практически одновременно по двум на­ правлениям. Институт «Гидроспецпроект» разработал проект производства работ по закреплению грунтов газовой силика­ тизацией в целях увеличения несущей способности песков ос­ нования одного из корпусов московского комбината «Крас­ ная Роза» для ликвидации аварийного состояния корпуса.

При составлении проекта были использованы результаты опытных работ и временные указания, составленные на ос­ новании проведенных исследований и полевых испытаний гео­ логическим факультетом Московского университета. В состав­

«Гидроспецстрой» при участии института «Гидроспецпроект» и Н И И О П С .

Аналогичные работы при участии перечисленных органи­ заций были выполнены для увеличения несущей способности грунтов основания одного из архитектурных памятников в Москве.

Кроме того, М ГУ были проведения работы по промышлен­ ному применению способа газовой силикатизации для лик­ видации аварийного состояния ствола шахты отстойника очистных сооружений. В основу технологической схемы за­ крепления были положены результаты исследований и поле­ вых испытаний, проведенных геологическим факультетом М ГУ.

ГАЗОВАЯ СИЛИКАТИЗАЦИЯ АЛЛЮВИАЛЬНЫХ ПЕСКОВ В ОСНОВАНИИ ЗДАНИЙ В МОСКВЕ

Комбинат «Красная Роза» расположен на поверхности I надпойменной террасы р. Москвы. Грунтовая толща в осно­ вании фундамента аварийного корпуса имела следующее строение:

116

Схема размещения оборудования на площадке показана на рнс. 21. Схема расположения инъекторов была запроек­ тирована с учетом требования заказчика (рис. 22).

Рис. 21. Схема размещения оборудования на площадке при выполнении работ по газовой силикатизации

тым воздухом и установкой при необходимости направляющей диаметром 89 мм. Перед забивкой инъектора производилось устройство глиняного замка высотой 1,0— 1,5 м. Забивка по проекту осуществлялась отбойным молотком, пневмобетоно-

производилась забивка ииъекторов аналогично производству работ на первой стадии.

Расстояние между инъекторами в ряду — 1,2, так как рас­ четный радиус закрепления принят в 0,7 м. Глубина забнв-

119

k it пнъекторов первой и второй очередей — 5 м , инъекторов третьей очереди — 2 м (табл. 38).

После забивки в грунт пнъекторов на глубину первой заходки нагнетался раствор силиката натрия удельным весом 1,30 г/см3, а затем без предварительной промывки водой по­ давался углекислый газ. Во избежание забивки ннъектора

грунтом после нагнетания химических реагентов давление в нагнетательной сети снижалось постепенно. Извлечение пнъ­ екторов после инъекции производилось при помощи домкратов грузоподъемностью 5 т.

Расход стекла на заходку задавался по расчету, который

для песков равным 10.

При радиусе закрепления 0,7 м и пористости 40% на мет­ ровую заходку расходовалось 600—620 л жидкого стекла удельным весом 1,30 г/см3. В связи с тем что обработка инъ­ екторов второго и третьего порядков проводилась внутри подвала здания, во избежание превышения допустимой кон­

в воздухе проводился химическим анализом отобранной один раз в смену пробы воздуха.

В результате работ по газовой силикатизации под фун­ даментом здания образовалась зона закрепленного грунта

120

определенных очертаний (рис. 24). Контуры закрепленного массива и качество закрепления определялись путем буре­ ния контрольных скважин и проходкой шурфов с отбором проб для лабораторных испытаний на прочность при одноос­ ном сжатии (табл. 39).

Масштаб 1:100

Рис. 24. Очертания закрепленного массива песка в основании комби­ ната «Красная Роза»

Проходка шурфов в закрепленной зоне производилась с помощью отбойного молотка. По данным контрольных выра­ боток, обработанный массив грунта в целом характеризовал­ ся хорошим качеством закрепления и полученные прочности закрепленного грунта (6—-15 кг/см2) удовлетворяли требова­ ниям проекта. Вместе с тем следует отметить, что в нижних частях слоя насыпного грунта, оказавшегося в зоне обработ­ ки, нередко наблюдались участки, где отсутствовало сплош­ ное закрепление. Это обусловлено наличием в теле насыпного грунта пустот и рыхлых скоплений строительного мусора, что приводило к локальному спаду давления углекислого газа в ходе обработки и отсутствию в этих местах гелеобразования. Кроме того, такие «каналы» в закрепляемом массиве могут служить путями утечки газа. Для снижения действия газодренирующего фактора при обработке некоторых скважин была увеличена норма расхода СОг до 5 кг на заходку про­ тив запроектированных 3 кг.