Силикатизация однорастворным методом

Однорастворную силикатизацию применяют для упрочнения как химически неактивных грунтов - мелких и пылеватых пес­ков с коэффициентом фильтрации 0,3-5 м/сут, так и грунтов химически активных - лессов.

Однорастворная силикатизация мелких песковбыла предло­жена в СССР в 1939 г. В. Е. Соколовичем. Заключается она в следующем. В грунт через систему скважин нагнетается силика-золь (коллоидный раствор) с расчетным временем гелеобразования, находящийся в состоянии слабосвязанной жидкости. При этом вода вытесняется из пор и замещается золем, который в последующем превращается в гель и, цементируя частицы песка, закрепляет породу. Оптимальная продолжительность гелеобразования составляет 1-3 ч.

В качестве коагулятора используют сернокислый алюминий, фосфорную, серную, кремнефтористоводородную и другие кис­лоты.

Реакция гелеобразования при различных коагуляторах идет по следующим схемам:

1) при использовании фосфорной кислоты (предложение Б. А. Ржаницына и Г. Ф. Вайсфельда)

  
 

2)   при    использовании     серной    кислоты     (предложение; В. Е. Соколовича и Н. Ш. Белевитиной)

 

3)   при использовании кремнефтористоводородной кислоты (предложение Б. А. Ржаннцына, В. Е. Соколовича и М. Н. Ибрагимова)

Силиказоль на основе жидкого стекла имеет вязкость, близкую к вязкости воды, что позволяет инъецировать ее в малопро­ницаемые пески. Предел прочности на    сжатие   закрепленного  этим способом песка составляет 1-4 МПа и даже больше.

Радиус закрепления мелких и пылеватых песков при однорастворной силикатизации зависит от их коэффициента фильтрации и может быть рекомендован в следующих пределах:

 
 

Однорастворная   силикатизация    лессабыла   предложена В. В. Аскалоновым как средство борьбы с просадочностью.

Жидкое стекло вязкостью 1,5-2 мПа с хорошо проникает в лессовый грунт с развитой сетью микро- и макрокапилляров даже при небольшом давлении (0,2-0,3 МПа). В капиллярах благодаря реакции раствора с водорастворимыми солями и об­менным комплексом грунта быстро образуется пленка геля крем­невой кислоты, цементирующего лесс. Роль второго раствора при этом методе выполняет сам грунт и особенно содержащиеся в нем соли, реакция с которыми идет по схеме

 

где: А - анионная часть солей, присутствующих в грунте.

Пленка геля кремневой кислоты сначала имеет микроскопическую толщину и не препятствует заполнению капилляров си­ликатным раствором. В дальнейшем, через 1-3 сут, весь раствор в грунте переходит в гель, закупоривая капилляры. В результате лессовый грунт цементируется, приобретая    прочность до 1,8 МПа и непросадочность. Добавка в жидкое стекло 2-3% хлористого натрия повышает растворимость гипса, ускоряя тем самым гелеобразование (в 2-3 раза) и интенсифицируя процесс силикатизации лесса.

Несмотря на малую толщину пленки геля кремневой кислоты, она уже в начальный период насыщения грунта раствором обеспечивает сохранность его естественного состояния.

Прочность лесса особенно интенсивно растет в течение пер­вых 15-30 сут.

Поскольку концентрированные растворы плохо проникают в лесс, для его силикатизации применяют растворы с вязкостью, близкой к вязкости воды. Такой вязкостью обладает, жидкое стекло плотностью 1300 кг/м3 с модулем 2,5-3.

Радиус упрочнения лесса Rзависит от его коэффициента фильтрации и ориентировочно может быть принят в следующих пределах:

 
 

с уточнением рекомендуемых значений в процессе опытной сили­катизации намеченных к закреплению участков при нагнетании раствора в течение 1-2 ч или по формуле, полученной в лабо­раторных условиях Т. С. Каранфиловым:

        (6.4)

где  к0- коэффициент фильтрации грунта в вертикальном направлении в нача­ле нагнетания силикатного раствора, м/сут;
        Н- напор, под которым нагнетают раствор, м;
        - коэффициент заполнения пор раствором, равный 0,7-0,9;
        n- пористость грунта в долях единицы;
        Т-продолжительность инъекции раствора в сут.