ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОСНОВАНИЙ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ ГОССТРОЯ СССР

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ЗАКРЕПЛЕНИЮ

НЕКАРБОНАТНЫХ

ПЕСЧАНЫХ

ГРУНТОВ

ПРИ ПРОХОДКЕ

ПОДЗЕМНЫХ

ВЫРАБОТОК

ордена трудового красного знамени

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИ И ИНСТИТУТ ОСНОВАНИИ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИИ ГОССТРОЯ СССР

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ЗАКРЕПЛЕНИЮ

НЕКАРБОНАТНЫХ

ПЕСЧАНЫХ

ГРУНТОВ

ПРИ ПРОХОДКЕ

ПОДЗЕМНЫХ

ВЫРАБОТОК

МОСКВА СТРОИ ИЗДАТ 1973

2.14.    Закрепление 'грунтов (нагнетание растворов) одним инъектором по глубине выполняется отдельными зонами, называемыми «заходками».

Величина одной заходки но глубине равна длине перфорированной части инъектора плюс 0,5 г.

2.15.    В зависимости от теологических условий площадки погружение инъекторов в грунт может осуществляться одним из следующих трех технологических приемов:

а)    забивкой при глубинах погружения менее 15 м, если выше области закрепления залегают рыхлые грунты (песок, травий и др-);

б)    опусканием в предварительно пробуренные скважины до глубины на 1—1,5 м выше зоны закрепления с последующей забивкой, если выше закрепляемого массива залегают связные или крупнообломочные грунты, которые трудно пройти забивкой; при этом пространство между глухими трубами инъекторов и стенками скважин тампонируется глиной с песком;

в)    опусканием в скважины на всю глубину закрепления, если забивка на такие глубины окажется невозможной или встретит большие трудности.

2.16.    Порядок нагнетания растворов устанавливается в зависимости от способа погружения инъекторов и степени однородности грунтов по водопроницаемости.

В однородных по водопроницаемости грунтах нагнетание растворов следует производить заходками сверху вниз при погружении инъекторов забивкой и снизу вверх — при погружении инъекторов в предварительно пробуренные скважины.

В неоднородных по водопроницаемости грунтах, отличающихся >более чем на 30%, порядок нагнетания растворов определяется согласно правилу: слой грунта с большей водопроницаемостью закрепляется в первую очередь.

2.17.    Работы по смолизации допускается вести при температурах грунтов в области закрепления не ниже + 1°С; в зимнее время при более низких температурах для этого используют специально оборудованные тепляки, в которых поддерживается постоянная положительная температура.

19

Оборудование

2.18.    При закреплении грунтов смолами применяются следующие оборудование и аппаратура:

а)    инъекторы и насосы для нагнетания растворов в грунты;

б)    пневматические молотки, бетоноломы типа ЭС-358 для забивки инъекторов;

в)    шнековый станок БСНч241 для бурения скважин.

г)    шарнирный станок грузоподъемностью около 10 г (конструкции А. Г. Медведева) или приспособление (|рис. 2), выполненное в НИИ оснований на основе гидравлических домкратов типа Э25-15 для извлечения инъекторов из грунта;

д)    разводящая сеть (шланги, соединительные части, краны);

е)    контрольно-измерительная аппаратура (манометры, ареометры, термометры и др.);

ж)    бачки для приготовления и хранения растворов;

з)    компрессорная установка для питания пневматических молотков.

2.19.    Инъекторы для смолизации изготавливают из стальных цельнотянутых труб с внутренним диаметром от 19 до 42 мм и толщиной стенок не менее 5 мм.

11

Инъектор состоит из ■наголовника, колонны глухих звеньев труб, перфорированного звена, наконечника и соединительных частей.

При забивке инъектора временно устанавливают упрощенный наголовник без деталей.

Колонну глухих труб инъектора составляют из звеньев длиной 1—1,5 м, имеющих на концах внутреннюю метрическую резьбу на длине 35 мм. Звенья труб соединяют ниппелем.

Перфорированное звено инъектора должно иметь длину 0,5—1,5 м и отверстия диаметром 2—3 мм.

На рис. 3 представлены инъекторы двух типов. Инъектор первого типа изготовлен из цельнотянутой толстостенной трубы, по периметру которой выполнены отверстия диаметром 3 мм, расположенные четырьмя рядами в шахматном порядке из расчета 60—80 отверстий на 1 м длины. Отверстия защищены от засорения грунтом резиновыми клапанами, состоящими из резинового кольца толщиной 1,5—1 мм и металлической шайбы толщиной 1,5 мм.

Второй тип инъектора, получивший наибольшее распространение, состоит из толстостенной трубы диаметром 32—42 мм, на боковой поверхности которой проточены круговые канавки и в которых просверлены отверстия 0 2—3 мм. Отверстия эти закрыты резиновыми кольцами, уложенными в канавки на глубину 2—3 мм. Ширина канавки 8—10 мм.

Толщина стенок цельнотянутых труб равна 8 мм.

2.20.    Забивают инъекторы обычно пневматическими молотками. При отсутствии сжатого воздуха, если наклон инъекторов к вертикали не превышает 5°, можно применять механические копры с подвесной бабой весом 50—150 кг.

2.21.    Для нагнетания химических растворов могут быть рекомендованы плунжерные насосы типа ПС-4Б Лебедянского завода, а также насосы-дозаторы серии НД Рижского завода химического машиностроения. Наиболее пригоден для целей химического закрепления из этой серии насос марки НД-1000/10 (рис. 4). Насосы-дозаторы серии НД представляют собой одноплунжерные горизонтальные насосы простого действия с подачей, регулируемой вручную при остановленном электродвигателе.

13

Рис. 4. Насос-дозатор серии НД для смолизации грунтов I — редуктор; 2 — гидравлическая часть; 3 — электродвигатель; 4 — регулятор подачи жидкости

Насосы-дозаторы предназначаются для объемного напорного дозирования различных чистых нейтральных и агрессивных жидкостей, эмульсий и суспензий с концентрацией неабразивной твердой фазы до 10% по весу, с кинематической вязкостью до 1500 ест.

2.22.    Разводящая сеть включает:

а)    резиновые воздушные шланга внутренним диаметром 19—25 мм, рассчитанные на давление 10 атм;

б)    части соединения насосов со шлангами и шлангов с дивекторами (ниппели, штуцера, соединительные гай-•ки, хомутики и т. н.);

в)    резиновые шланги с тканевыми прокладками внутренним диаметром 25 мм, рассчитанные на давление до 30 атм.

2.23.    В состав контрольно-измерительной аппаратуры

входят:

а) манометры жидкостные, рассчитанные на давление до 30 атм с погрешностью измерения порядка 0,5 атм; для предохранения от порчи при работе с ра-

створами они должны «быть дооборудованы диафрагмой;

б)    манометры воздушные, рассчитанные на давление 10 атм, для компрессоров;

в)    ареометры для измерения концентрации растворов по уд. весу от 1 до 1,3 г/см³\

г)    термометры со шкалой до 100°С для измерения температуры химических растворов;

д)    измерительные бачки, оборудованные водомерными 'Стеклами с тарированной шкалой, или специальные расходомеры.

3. ХИМИЧЕСКИЕ РАСТВОРЫ

И ТЕХНОЛОГИЯ ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЯ

3.1.    При закреплении песчаного грунта рекомендуется применять следующие химические растворы:

1.    Водные растворы карбамидных смол:

а)    крепитель М-2 уд. весом 1,16—1,09 г/см³ (ТУ 6-05-1596-72);

б)    смола МФ-17 уд. весом 1,16—1,09 г/см³ (МРТУ 6-05-1006-66);

в)    крепитель М-3 уд. весом 1,178—1,12 г/см³ (ТУ 6-05-1596-72).

2.    Водные растворы сульфитно-спиртовой барды уд. весом 1,2—1,15 г/см³ Камского ЦБК (ГОСТ 8518-57), Сухонского ЦБК (МРТУ 130435-66).

3.    Водные растворы азотнокислого аммония уд. весом 1,26—1,10 г/см³ (ГОСТ 2-65).

4.    Водные растворы соляной кислоты уд. весом

1.023— 1,013 г/см³ (ГОСТ 1382-69).

5.    Водные растворы щавелевой кислоты уд. весом

1.023— 1,019 г/см³ (ТУ МХП-1391-50).

3.2.    Для закрепления песчаных грунтов в основании фундаментов рекомендуется применять растворы крепителя М-2 и смолы МФ-17.

Для закрепления грунтов при проходке подземных выработок следует применять растворы крепителя М-3, а также смеси, состоящие из крепителя М-3 и раствора азотнокислого аммония или раствора сульфитно-спиртовой барды.

3.3.    Разведение смолы водой производится в металлических резервуарах емкостью от 1 до 10 ж³.

Крепитель М-2 разбавляется водой (1 :0,8) до удельного веса 1,09 г/см³, являющегося нижним пределом его разбавления.

10

УДК 624.138.4:624.131.212

Рекомендации по закреплению некарбонатных песчаных грунтов при проходке подземных выработок. М., Стройиздат, 1973, 31 с. (Научно-исследовательский институт оснований и подземных сооружений Госстроя СССР).

В Рекомендациях изложены способы получения новых гелеобразующих растворов для глубинного закрепления грунта на основе нетоксичной карбамидной смолы — крепителя М-3, сульфитно-спиртовой барды и азотнокислого аммония, используемого в качестве стабилизатора.

Разработанные в Институте оснований гелеобразующие растворы с применением нетоксичной карбамидной смолы позволяют рекомендовать их для закрепления грунта при проходке подземных выработок.

При разбавлении смол кислыми растворами сульфитно-спиртовой барды стоимость гелеобразующего раствора снижается более чем на 25% по сравнению с разбавленными водой смолами при одинаковой прочности закрепления грунта.

В подразделе «Оборудованиеэ приведены для нагнетания растворов новые марки насосов серии НД с подачей, регулируемой в широких диапазонах, а также предназначаемое для извлечения инъекторов устройство, основанное на использовании гидроцилиндров типа Э25-15.

Табл. 5.

(с) Стройиздат. 1973

0324-527

047(01)—73

ПРЕДИСЛОВИЕ

Способ закрепления песчаных грунтов карбамидной смолой марки КМ (крепитель М) нашел широкое применение в практике строительства для усиления несущей способности грунта в основании фундаментов.

При проходке выработок, особенно подземных, применение крепителя М, в котором содержание свободного формальдегида составляет до 3,5%, нежелательно. При разработке грунта, закрепленного крепителем М, количество выделяющегося формальдегида значительно превышает предельно допустимую норму.

В настоящее время выпускается нетоксичная смола— крепитель М-3, содержание свободного формальдегида в которой составляет всего 0,5—0,3%.

В соответствии с общим планом работ в данных Рекомендациях излагаются технология закрепления и рецептуры гелеобразующих растворов, составленные на основе крепителя М-3, сульфитно-спиртовой барды, а также азотнокислого аммония в качестве стабилизатора.

Возросший за последнее время объем работ по строительству подземных сооружений в застроенных городских массивах (станции и тоннели метрополитенов, коллекторы, переходы и т. п.) вызывает необходимость производства работ по искусственному закреплению грунтов при их устройстве.

Приводимые здесь рецептуры на основе крепителя М-3, разработанные в лаборатории закрепления прунтов НИИ оснований и подземных сооружений, позволяют расширить область применения мочевиноформальдегид-НЫ'Х смол в строительной практике, используя их как при закреплении грунтов в основании зданий и сооружений, под коммуникациями, создании подпорных стенок и т. д., так и при проходке в закрепленном грунте различного рода подземных выработок.

В основу Рекомендаций положены результаты лабо-

1* Зак. 302    3

раторных и полевых опытных работ, проведенных НИИ оснований за период 1970—1971 ^г.

Рекомендации составлены канд. техн. наук Н. А. Блес-киной и ииж. Горловым Б. С. под руководством д-ра техн. наук Б. А. Ржаиицына и д-ра техн. наук В. Е. Сокол овнч а.

J. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Настоящие рекомендации следует применять при проектировании инъекционных работ при проходке подземных выработок для закрепления сухих и .водонасыщенных грунтов с коэффициентом фильтрации 0,3—

50 м/сут.

1.2.    В рекомендациях наряду с известными приводятся новые составы гелеобразующих растворов, состоящие из раствора карбамидных смол с пониженным содержанием формальдегида, раствора сульфитно-спиртовой барды и раствора азотнокислого аммония в качестве стабилизатора.

Прочность .на одноосное сжатие песчаных грунтов, обработанных рекомендуемыми растворами, составляет от 5 до 50 кгс/см².

1.3.    Закреплению рекомендуемыми составами подлежат песчаные трунты с незначительным содержанием карбонатов (не более 0,1% по весу). При содержании карбонатов от 0,1 до 3% необходима предварительная обработка песчаного грунта раствором соляной кислоты 3—7%-ной концентрации.

2. ИЗЫСКАТЕЛЬСКИЕ РАБОТЫ И СОСТАВ ПРОЕКТА

2.1. Для установления целесообразности закрепления грунта в конкретных условиях его залегания следует представлять следующие материалы:

а)    конструктивные чертежи существующих зданий и план их размещения с отметками заложения фундаментов;

б)    планы и разрезы подземных коммуникаций в районе строительства с отметками;

в)    инженерно-геологические и гидрогеологические исследования с целью выявления геологического строения и залегания грунтов, подлежащих закреплению (уровень грунтовых вод, коэффициент фильтрации грунта, Направление и скорость грунтового потока),

5

2.2.    Для определения возможности закрепления грунта химическими растворами проводятся:

а)    нолевые и лабораторные исследования;

б)    опытные работы на стройплощадке.

Полевые и лабораторные исследования

2.3.    Полевые работы проводятся с целью:

а)    уточнения геологических и гидрогеологических условий;

б)    отбора образцов грунта и проб грунтовых вод, анализа их в лаборатории;

в)    определения интенсивности поглощения растворов грунтом.

2.4.    Лабораторными исследованиями грунтов устанавливается:

а)    гранулометрический состав;

б)    пористость;

в)    коэффициент фильтрации (методом Каменского в трубке);

г)    химический состав грунтовых вод и карбонатность грунтов (приложение 2);

д)    возможность закрепления грунта смолами (приложение 3);

е)    прочность и водоустойчивость закрепленного грунта;

ж)    состав закрепляющего материала (рецептура).

2.5.    Опытные работы по химическому закреплению грунтов производятся с целью уточнения радиуса закрепления и соответствующей ему нормы закачки растворов, единичного расхода, давления и продолжительности нагнетания в одну заходку.

Опытное закрепление грунтов осуществляется путем нагнетания гелеобразующего раствора смолы через 2— 3 инъектора, забиваемые в подлежащие закреплению слои (см. приложение 1). Через 7 суток после нагнетания производятся проходка шурфа или 'бурение скважин и отбор образцов закрепленного грунта. Затем закрепленные образцы испытываются в лаборатории на прочность и водоустойчивость. Испытание закрепленного грунта «а прочность производится раздавливанием на прессе кубических образцов размером 7X7X7 см.

Водоустойчивость закрепленного грунта определяется обычным испытанием образцов на размокание в воде.

Закрепленные образцы грунта хранятся в воздушно-

6

влажных условийх (в эксикаторе над водой или во влажном песке).

2.6.    Проект по закреплению грунтов смолами должен содержать:

а)    планы, разрезы, конфигурацию и объем закрепленного массива;

б)    план расположения отдельных инъекторов, глубину забивки и конструкцию скважин в случае бурения через фундамент или труднопроходимые забивкой грунты, а также количество заходок и их расположение по глубине;

в)    данные об объеме работ по смолизацни и о контрольных выработках;

г)    данные о количестве химических растворов, закачиваемых в одну заходку и в весь закрепляемый массив;

д)    данные о величине давления и продолжительности нагнетания химических растворов;

е)    требования к .грунту, закрепленному смолой — прочность, монолитность, водоустойчивость, водонепроницаемость и др.;

ж)    схему организации производства работ (порядок ■нагнетания растворов, количество одновременно работающих инъекторов, перечень и характеристику оборудования, указания но монтажу, а также потребность в рабочей силе и основных материалах);

з)    смету, калькуляцию и единичные расценки;

и)    данные общестроительного характера по транспорту, вспомогательным устройствам, 'мероприятиям в зимнее время и пр.;

к)    календарный план.

Указания по проектированию

2.7.    Радиус закрепления г назначается в зависимости от проницаемости грунта.

где Q — интенсивность поглощения раствора грунтом или расход, м³/мин; т — время закачки раствора, мин.;

I — величина заходки, равная 1 м; п — пористость, % .

Для грунтов с коэффициентом фильтрации 1 — 10 м/сут время закачки взято равным 90 мин, а для грунтов, имеющих коэффициент фильтрации 10— 50 м/сут, — 60—40 мин x=t-a, где т—время закачки, мин.; t—время гелеобразования, мин.; а — коэффициент запаса, равный 0,8.

2.8. Количество химических растворов X в л, необходимое для закрепления грунтов, определяется по формуле

X = Юил,

где v — объем закрепляемого грунта, м³; п — пористость трунта, %;

10 — коэффициент размерности.

Количество раствора в л на одну заходку определяется но формуле

v = *r4n\0.

2.9.    Расход раствора рекомендуется назначать в зависимости от коэффициента фильтрации, учитывая при этом период времени гелеобразования.

Коэффициент фильтрации, м/сут    Расход    раствора,    л/мин

0,3—5    1—5

5—10    5—10

10-20    10—15

20—50    15—30

Давление при установившемся режиме нагнетания растворов должно быть не более 5 атм.

Объем растворов, закачиваемых на одну заходку, и время закачки корректируются при проведении опытных работ (приложение 1).

2.10.    Значение вязкости гелеобразующих растворов колеблется в пределах от 2 до 25 спз.

Песчаные грунты, имеющие коэффициент фильтрации 0,3—10 м/сут, рекомендуется закреплять растворами с низкой вязкостью от 2 до 10 спз, а песчаные грунты с коэффициентом фильтрации 10—50 м/сут — растворами вязкостью 10—25 спз.

8

2.11.    Прочность закрепленного грунта при одноосном сжатии в зависимости от концентрации смолы, коэффициента фильтрации грунта и степени его плотности колеблется от 5 до 50 кгс/см².

2.12.    Для монолитного закрепления 'грунтов инъекто-ры в плане располагаются рядами в шахматном порядке.

Расстояние между рядами инжекторов определяется по формуле

а = 1,5 г м.

Расстояние между инжекторами в ряде вычисляется по формуле

Ь = 1,73 г м.

2.13.    Для закрепления трунтов при проходке подземных выработок инжекторы располагаются согласно примерным схемам, показанным на рис. 1.

Рис. 1. Расположение инъекторов при закреплении выработок

9