Термическое закрепление грунтов

Этот способ применяют для увеличения прочности маловлажных пылевато-песчаных почв, обладающих хорошей газопроницаемостью. Нередко его используют и для ликвидации просадочных свойств макропористых лёссовых грунтов.

С помощью термического усиления можно закрепить грунт на глубину до 20 м. Суть метода заключается в нагнетании раскаленного воздуха или газов в почву в течение нескольких суток.


Когда действует высокая температура, то отдельные минеральные частицы скелета оплавляются. Так образуются прочные водоустойчивые связи частиц и компонентов грунта. В процессе почва при обжиге утрачивает связанную жидкость. Это становится причиной устранения просадочных свойств, размокаемости и склонности к набуханию.

Нельзя в рабочем процессе использовать газы, температура которых выше 750-850 °С. При превышении допустимых значений оплавляются стенки скважины, и они перестают пропускать газ. А использование газов, нагретых до 300 °С, неэффективно: просадочность не устраняется.


Еще одной разновидностью термического усиления считают замораживание грунта. Это его искусственное охлаждение до отрицательной температуры. Цель процедуры аналогичная – достижение нужной водонепроницаемости.

В результате образуется льдогрунтовой барьер, преграждающий путь воде или плывунам. Методика подходит для укрепления массива перед строительством зданий, шахт, метрополитенов, плотин или подземных хранилищ.

Существует несколько способов термического укрепления грунтов. При этом используют разное оборудование.

Технология № 1

Бурят скважины диаметром 100-200 мм. Потом их закрывают керамическими затворами. В последних формируется камера сгорания. В нее под давлением нагнетают топливо (горючие газы, масла или нефть) и воздух.

Чтобы обеспечить температуру 750-850 °С, на 1 кг топлива должно приходиться 34-39 м3 воздуха. Термообработку проводят непрерывно в течение 5-12 дней. Все скважины обрабатывают поочередно, меняя между ними затворное оборудование.

Результат процедуры – упрочненный участок почвы конусообразной формы. Верхний его диаметр – 1,5-2,5 м, а нижний 0,2-0,4 м. Формируется коническая «свая» из укрепленного грунта.

Технология № 2

В ходе использования второй технологической схемы специалисты сжигают горючее в любой части скважины, поэтому этот способ позволяет создавать термические «сваи» постоянного сечения с расширением в верхней или нижней части.

Сроки проведения работ меньше, чем в первом случае, и сам рабочий процесс проще.

Суть заключается в передвижении камеры сгорания, что и позволяет обжигать грунт в любой области скважины. Зону обжига отделяют от остальных частей скважины жаропрочными диафрагмами. Почву обжигают под всем зданием или в виде отдельных грунтовых столбов.

Требования к качеству проведения термического укрепления обжигом

1. При бурении скважин отбирают образцы укрепляемого массива для проверки соответствия их свойств данным инженерно-технического исследования. Также определяют в лабораторных условиях их основные характеристики.

2. Перед обжигом проверяют газопропускающие свойства скважины. Если в ходе проверки были выявлены участки с низкой газопроницаемостью, то такие слои отсекают или продувают. Это делают для выравнивания газопропускающей способности.

3. При непосредственном обжиге поддерживают оптимальную температуру. Она не должна превышать предельно допустимые значения, которые могут спровоцировать оплавление стенок. Все показатели давления и температуры обязательно указывают в рабочем журнале.

4. Образование укрепленного массива можно считать законченным тогда, когда термопары зафиксировали достижение заданной температуры;

5. Качество проведенных работ проверяют в лабораторных условиях. Исследуют образцы грунта на деформируемость, прочность и водонепроницаемость. В ходе опытов обязательно обращают внимание на давление и температуру, которую указывали в рабочем журнале. Если проект это предусматривал, то можно провести полевые испытания прочности и деформационных свойств грунта.

Теперь о втором методе термического усиления – замораживании. Существует несколько способов заморозки. Все они отличаются используемым веществом. Но начало работ для всех методов примерно одинаковое: по периметру закрепляемой территории бурят скважины и погружают в них охлаждающие колонки. Они представляют собой трубы, дно которых прочно заварено. Их оснащают крышками и трубопроводами для ввода хладоносителя.

Систему колонок соединяют между собой и заполняют их замораживающими реагентами.

3 метода замораживания:

1. Применение низкотемпературного воздуха – технология практически не используется, потому что демонстрирует низкую скорость замораживания.

2. Применение «рассола» - в качестве охлаждающего вещества выступает концентрированный раствор натрия или хлористого кальция. Инженеры создают систему циркуляции хладагента. Она состоит из низкотемпературной холодильной установки, которая остужает реагент до необходимой температуры, и из насосной станции, поставляющей его к потребителю. Раствор забирает тепловую энергию от стенок скважины, нагревается и отправляется обратно в холодильную установку для вторичного охлаждения. Технология отличается достаточной эффективностью, но также демонстрирует низкую скорость замораживания. Нередко возникает пучение грунта.


3. Заморозка жидким азотом – несмотря на простоту способа, его эффективность достаточно высока. В заводских условиях сжижают азот и отправляют его на место работ в цистернах или баллонах. Несколько колонок устанавливают в ряды, и азот запускают в первую из них. При оптимальном давлении его нижний температурный предел равен -196°С, поэтому он мгновенно испаряется, поднимается и переходит в последующие колонки. Заморозка прекращается, когда он доходит до последней трубы, а из нее переходит в атмосферу в виде газа. Этот метод отличается не только эффективностью, но и безопасностью, т.к. азот – естественный компонент атмосферного воздуха. Технология получила широкое применение еще и благодаря тому, что можно не использовать дополнительные холодильные или насосные установки.

Как мы выяснили, термическое укрепление грунта делится на два типа: обжиг и замораживание. В обоих случаях есть свои плюсы и минусы, одни способы широко применяются, а другие нет. Так, например, самым эффективным и безопасным методом принято считать заморозку жидким азотом, а от использования низкотемпературного воздуха почти отказались. Что же касается усиления почвы обжигом, то специалисты используют две технологии, связанные с применением камеры сжигания.

Оба типа термического закрепления подразумевают искусственное изменение характеристик почвы, что позволяет продлевать срок эксплуатации фундаментного основания и гарантировать безопасное использование возводимых зданий.

Строительная лаборатория ООО "Бюро "Строительные исследования" занимается испытаниями конструкций и материалов в Санкт-Петербурге и Москве

Основная специализация лаборатории:

• Испытания бетона
• Геотехнический контроль грунта
• Другие области испытаний
• Наши вакансии

Бесплатно вызвать лаборанта на объект или задать вопрос эксперту можно:

1. Заполнив форму на нашем сайте

2. По телефонам:

+7(812)386-11-75 - главный офис в Санкт-Петербурге

+7(965)006-94-59 (WhatsApp, Telegramm) - отдел по работе с клиентами Санкт-Петербург и Москва

3. Написать нам на почту

Подписывайтесь на наши социальные сети и YouTube канал, там много интересной информации и лайфхаков.