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

цель — обеспечить качественными материалами составления проектов производства работ по закреплению способов газо­ вой силикатизации. В основу проекта был положен опыт, на­ копленный в результате промышленного применения способа, а также были учтены существующие инструктивные и норма­ тивные материалы по силикатизации песчаных грунтов.

I. О Б Щ И Е П О Л О Ж Е Н И Я П РОЕКТА

1. «Временные указания» распространяются на закрепле­ ние песчаных грунтов способом газовой силикатизации.

-* 2. Закрепление грунтов по данному способу применяется: а) для увеличения несущей способности оснований зда­

ний; б) для уменьшения водопритоков к неглубоким горным

выработкам (до 30—50 м).

* 3. Закрепление грунтов способом газовой силикатизации рекомендуется для пылеватых, тонко-, мелкозернистых, сред­ не-, мелкозернистых песков и супесей с коэффициентом филь­

5м/сут.

4.Для закрепления песков способом газовой силикатиза­ ции применяются растворы жидкого стекла и углекислый газ. Концентрация жидкого стекла назначается по удельному

весу в зависимости от коэффициента фильтрации (табл. 1).

133

Расход углекислого газа зависит от удельного веса жид­ кого стекла и назначается в соответствии с табл. 2.

ч 5. Радиус закрепления грунтов от одного инъектора на­ значается в зависимости от коэффициентов фильтрации по табл. 3.

Т а б л и ц а 3

ры располагаются в плане в шахматном порядке. Расстояние между рядами инъекторов определяется по формуле

1,5 /',

арасстояние между инъекторамп по формуле

d = 1,73г,

где г — радиус закрепления от одного инъектора.

7. Грунт закрепления на глубину по зонам — «заходкам». Величина одной заходки равна длине перфорированной части инъектора плюс 0,5 г.

*» 8. В однородных по коэффициенту фильтрации грунтах закрепление производится заходками сверху вниз. При уве­ личении коэффициента фильтрации с глубиной закрепление грунтов производится снизу вверх. В неоднородных по коэф­ фициенту фильтрации грунтах, отличающихся более чем на 30%, нагнетание химических реагентов производится раздель­ но по слоям; слой грунта с большим коэффициентом филь­ трации закрепляется в первую очередь.

9. Перерывы во времени между нагнетанием жидкого стекла и углекислого газа при силикатизации водонасыщен­ ных песков не должны быть более указанных в табл. 4.

134

"’’10. Количество жидкого стекла (л), необходимое для га­ зовой силикатизации песков, определяется по формуле:

где V — объем раствора жидкого стекла, м3; D — принятый диаметр распространения раствора; т — коэффициент запол­ нения пор, равный 0,8; п — пористость в долях единицы; I — длина заходки, м.

Объем раствора принимается на 10— 15% больше расчет­ ного.

11. Жидкое стекло нагнетается в грунт равномерно и мед­ ленно. Расход растворов назначается по табл. 5 независимо

в зависимости от глубины закрепления и напора грунтовых

вод.

13. Предел прочности на сжатие закрепленного грунта назначается при проектировании в соответствии с табл. 6 и данными пробного закрепления.

II. Т Р Е Б О В А Н И Я К С О С Т А В Л Е Н И Ю ПРОЕКТ А Г А ЗО В О Й С И Л И К А Т И З А Ц И И ГРУНТОВ

Требования к исследованию грунтов оснований

14.В состав работ по исследованию грунтов оснований

входят:

а) инженерно-геологические и гидрогеологические иссле­ дования;

б) лабораторные и полевые исследования свойств грун­ тов.

15.Инженерно-геологические и гидрогеологические иссле­ дования производятся для выявления геологического строе­ ния и залегания грунтов, подлежащих закреплению, а также для определения уровня грунтовых вод, коэффициента филь­ трации грунта, направления и скорости грунтового потока, что в совокупности определяет возможность применения си­ ликатизации в каждом конкретном случае. Исследования со­ стоят:

а) из проходки скважин и шурфов, количество и расстоя­ ние между которыми назначается в зависимости от масшта­ бов инженерно-геологической съемки. Образцы грунтов весом 1—2 кг отбирают из каждого слоя через 0,6 м по глубине, а пробы воды в количестве 1—2 л из каждого водоносного го­ ризонта;

135

б) из отборов образцов основных разностей грунтов, под­ лежащих закреплению, для лабораторного опробования и пробного закрепления;

в) из пробной закачки воды через инъекторы для опреде­ ления коэффициента фильтрации;

г) из опытного закрепления грунтов, которое производят забивкой в грунт 3—5 инъекторов, через которые нагнетают жидкое стекло и углекислый газ. В закрепленном грунте про­ ходкой шурфов или скважин определяют радиус закрепле­ ния, монолитность, прочность и объем закрепленного грунта. Затем отбирают пробы закрепленных грунтов, которые долж­

забивки, а также количество заходок и их расположение по глубине;

в) данные о количестве растворов жидкого стекла, зака­ чиваемых в одну заходку и весь закрепленный массив;

г) данные о давлении, расходе и продолжительности на­ гнетания жидкого стекла и углекислого газа;

136

д) требования к силнкатизированному грунту (прочность, водонепроницаемость и т. д.);

е) схему организации производства работ; ж) данные общестроительного характера по транспорту,

вспомогательным устройствам, мероприятиям в зимнее время и пр.;

з) календарный план работы.

Требования к материалам

17. При глубинном закреплении грунтов способом газовой силикатизации применяются растворы жидкого стекла и уг­ лекислого газа. Жидкое стекло должно отвечать требованиям ГОСТа 13078—67 (табл. 7).

18.Жидкое стекло транспортируется в прочной металли­ ческой или деревянной таре и хранится под навесом, а в зимнее время — в утепленном месте.

19.Углекислый газ (СО2) поставляется в металлических баллонах. Баллоны должны иметь в своей верхней сфериче­ ской части клеймо с обозначением марки завода-изготовите- ля, номер баллона, год изготовления, вес, рабочее и пробное гидравлическое давление в кг/см2, клеймо ОТК, клеймо ин­ спектора, срок следующего испытания. Баллон с С О 2 должен быть окрашен в черный цвет, рабочее давление в нем 70— 125 кг/см2. Газ из баллонов выпускается через специальный

углекислотный редуктор, имеющий черную окраску.

20.Баллоны с углекислым газом транспортируются на рес­ сорном транспорте или автокарах в горизонтальном или вер­ тикальном положении. При горизонтальном положении обя­ зательны прокладки между баллонами.

21.Наполненные баллоны с насаженными башмаками

хранятся в вертикальном, а без башмаков — в горизонталь­ ном положении на деревянных рамах и стеллажах.

Требования к оборудованию

22. Для производства работ по газовой силикатизации грунтов необходимо следующее оборудование:

а) для нагнетания раствора жидкого стекла — инъекторы, насосы, разводящая сеть, шланги;

б) для забивки инъекторов в грунт — пневматические мо­ лотки весом до 30 кг или механические копры с подвесным молотком;

в) для извлечения инъекторов из грунта — лебедка, ко­ пер, домкраты грузоподъемностью около 10 т. Применение вибраторов для погружения инъекторов не разрешается;

г) тара для приготовления и хранения раствора силиката натрия;

д) для обеспечения непрерывной подачи углекислого газа при заданном давлении — комплект специальных углекислот­ ных редукторов;

е) для установления нормы расхода углекислого газа — технические весы с точностью до 0,1 кг.

23. Инъекторы надлежит изготовлять из стальных цельно­ тянутых труб с внутренним диаметром 19—38 мм и толщиной стенок не менее 5 мм. Перфорированная часть инъектора должна иметь длину в пределах 0,5— 1,0 м.

24. Насосы для нагнетания должны обеспечивать подачу ра­ створов через каждый инъектор с расходом от 1 до 5 л/мин при давлении до 15 атм. Допускается применение агрегатов из нескольких спаренных насосов указанных характеристик.

25. Разводящая сеть (шланги, соединения насосов со шлангами и шлангов с инъекторами и кранами и пр.), а так­ же манометры на насосах должны соответствовать принятым при нагнетании давлениям.

III. П Р О И З В О Д С Т В О РАБОТ

26. Основные работы по газовой силикатизации состоят из следующих процессов: а) погружения и извлечения инъекто­ ров; б) нагнетания раствора жидкого стекла и подачи угле­ кислого газа; в) контроля качества работ, документации и сдачи работ; г) техники безопасности.

Погружение и извлечение инъекторов

27. Перед забивкой инъекторов устраивается бетонная или глиняная подушка толщиной не менее 30 см, в которую за­ делываются сальники по числу запроектированных инъекто­ ров. Отверстия перфорированных звеньев инъекторов закры­ ваются специальными резиновыми ниппелями.

138

28. Инъекторы должны быть забиты по указанному в проекте направлению в соответствии с заданным углом от­ клонения, не превышающим 2° от заданного направления. Инъекторы забиваются в грунт пневматическими молотками или перфораторами. По мере забивки в грунт инъекторы на­ ращиваются глухими звеньями. Во время наращивания не­ обходимо следить за тщательностью соединения звеньев.

29.Перед наращиванием наголовник отделяется от инъекторов и после присоединения второго звена трубы снова на; винчивается и забивка продолжается.

30.В процессе забивки инъекторов не допускается их раскачивание, так как при этом образуется значительное за­ трубное пространство.

31.При поочередном нагнетании жидкого стекла и угле­ кислого газа инъектор забивают сначала на глубину первой заходки и нагнетают запроектированное количество раствора жидкого стекла, затем отсоединяют шланги, на инъектор на­ винчивают специальный штуцер и через подводящую систему подключают баллоны с углекислым газом. Этот процесс пов­ торяется и при последующих заходках. В процессе забивки инъекторов в грунт необходимо вести журнал забивки (при­ ложение III), в котором отмечаются номера скважины, за­ ходки и глубина забивки.

32.Извлечение инъекторов из грунта производится при помощи лебедки и копра. В случае прихвата инъектора для их извлечения применяются реечные домкраты. По мере вы­ таскивания инъекторов следует развинчивать отдельные

звенья труб.

33. Инъектор, извлеченный из грунта, подвергается чист­ ке и мойке. Чистка производится стальными прутьями с ме­ таллическим ершом. Отверстия перфорированной части про­ чищаются заостренными иглами. Свинченный инъектор про­ мывается горячей водой. По окончании мойки инъектор под­ готавливается к следующей забивке. Раздутые звенья инъек­ тора, а также с сорванной резьбой, отправляются в мастер­ скую для ремонта и заменяются резервными.

34. Насосы, шланги, баки и прочее оборудование перио­ дически во время работы и после их окончания должны про­ мываться горячей водой. Насосы необходимо периодически осматривать и обращать особое внимание на состояние брон­ зовых частей (клапанов), которые подвергаются коррозии и нуждаются в протирке или замене. Сальники подбиваются по мере надобности. Необходимо систематически проверять исправность манометра.

35. Оставшиеся после извлечения инъекторов скважины необходимо затампонировать.

Нагнетание раствора жидкого стекла и углекислого газа

36.Нагнетать раствор жидкого стекла в грунт следует не­ медленно после забивки инъекторов до проектной глубины заходки II набора прочности бетонной подушки. Порядок на­ гнетания раствора и подачи газа устанавливается проектом согласно пунктам 8, 9, 10, 11 и 12. Приготовление раствора жидкого стекла производится согласно указаниям приложе­ ния II. Контроль за качеством исходного жидкого стекла про­ изводится для каждой партии реагента согласно приложе­ нию I. Нагнетание жидкого стекла и подача углекислого газа фиксируются согласно приложению III.

37.Раствор жидкого стекла нагнетается в грунт при по­ мощи насосного агрегата типа НС-4Б, соединенного шланга­ ми с пнъекторамп. Непосредственно вслед за жидким стеклом производится подача углекислого газа через те же инъекторы. Перерывы между нагнетанием жидкого стекла и угле­ кислого газа не должны быть более указанных в табл. 4.

38.Нормы растворов жидкого стекла, нагнетаемого в од­ ну заходку, устанавливаются проектом по формуле (см. пункт

10)и проверяются пробным последовательным нагнетанием жидкого стекла и углекислого газа до начала основных ра­ бот по силикатизации. Отклонения в количестве нагнетаемо­ го в каждую заходку раствора не должны быть более 5% на один инъектор. Норма расхода углекислого газа назна­ чается в соответствии с табл. 2. Отклонение в количестве на­ гнетаемого углекислого газа не должно быть более 20% на одну заходку.

39.Давление при нагнетании раствора жидкого стекла ус­

танавливается проектом в соответствии с данными пункта 12 II корректируется при пробном нагнетании растворов в грунт. Отклонения в величине давления при нагнетании растворов не должны быть более 10% заданного.

40.После окончания нагнетания жидкого стекла в колон­ ну труб подается сжатый воздух для оттеснения остаточного раствора жидкого стекла из инъектор а.

41.Если раствор в заданном количестве при установлен­ ном давлении не нагнетается, необходимо извлечь инъектор из грунта, промыть его, забить вновь и после этого продол­ жить нагнетание раствора. Если при нагнетании раствор вы­ бивает на поверхность по затрубному пространству либо че­ рез трещины в грунте или бетонной подготовке, нагнетание следует немедленно прекратить и обнаруженные места выхо­ да раствора затампонировать паклей, смоченной жидким стеклом и присыпанной сухим цементом. Если при нагнета­ нии в грунте обнаруживаются разрыхленные зоны (значи­ тельно понижается давление при избыточном поглощении грунтом раствора), нагнетание необходимо прекратить и по

140

согласованию с представителями проектной организации пе­ рейти на более концентрированный раствор жидкого стекла.

42.После окончания нагнетания раствора жидкого стекла

впески давление в сети должно быть постепенно снижено до 0 (открыванием сбросного вентиля на насосе). Только пос­ ле этого разрешается отсоединить шланги от инъектора; рез­ кое снижение давления приводит к забиванию инъектора грунтом.

43.Углекислый газ пропускается через специальный угле­ кислотный редуктор под давлением 4—5 атм. При использо­ вании обычных редукторов необходимо предусмотреть их обо­ грев или периодическую замену в случае обмерзания редук­ тора. Норма расхода газа устанавливается проектом в соот­ ветствии с данными табл. 2 и контролируется взвешиванием.

Контроль за качеством, документация и сдача работ

44.Качество закрепленного грунта на каждой заходке проверяется следующими способами:

а) прощупыванием стальными стержнями или забивкой инъекторов; б) открытием шурфов; в) бурением скважин.

45.При вскрытии шурфа и бурении скважин отбираются образцы закрепленного грунта и составляется акт с подроб­ ным описанием закрепления. Образцы отбираются для опре­

деления прочности, водонепроницаемости и водоустойчиво­ сти закрепленного грунта в лабораторных условиях.

46. Грунт считается недостаточно закрепленным, если прочность его составляет меиее 90%, а удельное водопоглощение — более 110% величины, установленной проектом. Б этих случаях необходима дополнительная силикатизация грунта.

47. При производстве работ по силикатизации грунтов на каждую заходку должны составляться:

а) журнал работ по силикатизации грунта; б) журнал лабораторных испытаний материалов;

в) журнал и акт контрольных испытаний сплнкатнзнрованного грунта.

Техника безопасности

48. При производстве работ по газовой силикатизации грунтов должны соблюдаться общие правила по технике бе­ зопасности для работ на паровых, компрессорных, гидравли­ ческих и электрических установках, а также для общестрои­ тельных и черных работ («Правила техники безопасности для строительных и монтажных работ», § IV, V, V II, IX, X X I,

X X II, 1958).

141

49. Рабочие, занятые на газовой силикатизации, обеспе­ чиваются предохранительными очками и спецодеждой ((бре­ зентовый костюм, рукавицы и резиновая обувь), которую пос­ ле работы надлежит очищать и мыть, а сырую — проветри­ вать.

50. Все машины и механизмы до начала работ подлежат профилактической проверке на плотность и герметичность лю­ ков, кранов, коммуникаций. Распределительные устройства машин должны быть тщательно отрегулированы и не долж­ ны иметь течей особенно при пуске и выключении насосов. Шарниры распределительных труб должны быть смазаны гус­ той смазкой и плотно подогнаны. При опорожнении емкостей, тары и коммуникаций надо следить за тем, чтобы слив был без остатка.

51. Проверить перед началом работы:

а) исправность спецодежды и защитных очков; б) наличие жидкого стекла в бачках;

в) трубопроводы подачи жидкого стекла, приемники, шланги, насосы по переноске жидкого стекла;

г) наличие запасов воды. 52. Во время работы:

а) производить налив жидкого стекла в защитных очках и исправной спецодежде;

б) воспрещается входить в помещение насосной станции посторонним лицам и включать оборудование.

53.Первая помощь при попадании растворов жидкого стекла на тело состоит в промывке холодной водой или сла­ бым раствором уксуса. На стройплощадке должен быть раз­ работан порядок оказания первой помощи.

54.При работе с углекислотой следует помнить, что каж­

дый углекислотный баллон должен быть снабжен стальным колпачком и исправным запорным вентилем с заглушкой.

Все баллоны должны иметь в своей верхней сферической части условные обозначения в соответствии с пунктом 19. К работе с баллонами допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие обучение и имеющие опыт в обращении с ними.

55. При работе с баллонами, наполненными углекислотой, следует соблюдать крайнюю осторожность и принимать меры против их падения, повреждения и загрязнения. Воспрещает­ ся ставить баллоны вблизи паровых труб, радиаторов, отоп­ ления, электропроводов и других нагревательных приборов. Расстояние от источников тепла должно быть не меньше 1 м. Следует защищать баллоны с углекислотой от непосредствен­ ного действия солнечных лучей.

56. Допускается работа только с исправными редуктора­ ми, вентилями и манометрами. Подача газа непосредственно из баллонов категорически запрещается. Баллоны, у которых вентиль не открывается даже с помощью плеча, подлежат

142