4. Временное крепление стенок выемок

При разработке выемок в водонасыщенных грунтах или в стесненных условиях, когда при этом невозможно обеспечить требуемое заложение откосов, вертикальные стенки закрепляют специальными временными крепле­ниями. Временная крепь может быть выполнена в виде деревянного или металлического шпунта, деревянных щитов с опорными стойками, щитов с распорными рама­ми и других конструкций (рис. У.13).

Шпунтовое ограждение — наиболее дорогой спо­соб— применяют при разработке выемок в водонасы­щенных грунтах вблизи существующих зданий и соору­жений. Шпунт забивают до разработки выемки, чем обеспечивают устойчивое и естественное состояние грун­та за ее пределами.

Крепление консольного типа состоит из стоек-свай, заземленных нижней частью в грунте глубже дна выемки. Они служат опорами для щитов (досок, брусьев), непо­средственно воспринимающих давление грунта. Крепле­ние консольного типа целесообразно при глубине выем­ки до 5 м. В траншеях значительной глубины используют консольно-распорное крепление, отличающееся от кон­сольного тем, что между стойками в верхней их части перпендикулярно оси траншеи устанавливают распорки.

Распорное (горизонтально-рамное) крепление — на­иболее простое в исполнении — применяется при уст­ройстве траншей глубиной до 4 м в сухих или маловлаж­ных грунтах. Крепление состоит из стоек, горизонталь­ных досок или дощатых (сплошных и несплошных) щитов и распорок, прижимающих доски или щиты к стенкам траншеи.

Наиболее эффективны инвентарные распорные рамы из трубчатых стоек и распорок (рис. 13, е) благодаря их малой массе, легкости монтажа и демонтажа. Металли­ческие трубчатые стойки по высоте имеют отверстия для крепления распорок. Распорка телескопического типа состоит из наружной и внутренней труб, поворотной муфты и опорных частей. В зависимости от ширины траншеи расстояние между стойками устанавливают путем выдвижения внутренней трубы из наружной и фик­сируют болтом, вставляемым в отверстия труб. Для полного прижатия щитов к стенкам выемки поворачи­вают муфту с винтовой нарезкой.

При отрывке широких котлованов может применять­ся подкосное крепление вертикальных стенок. Оно за­ключается в том, что щиты или доски прижимают к грун­ту стойками, раскрепленными подкосами и упорами. Подобное крепление используют ограниченно, так как подкосы и упоры, расположенные в котловане, услож­няют производство работ.

Необходимость и способ крепления стенок выемок устанавливается проектом производства работ. Во всех случаях временная крепь должна легко собираться и разбираться, быть прочной, воспринимать давление

грунта и возможные дополнительные нагрузки от скла­дируемых материалов и машин без значительных дефор­маций, не стеснять рабочее место и обеспечивать безо­пасное производство работ.

5. Искусственное закрепление грунтов

И скусственное закрепление грунтов представляет со­бой совокупность воздействий на грунт, в результате чего повышается прочность, он становится неразмываемым, а в некоторых случаях и водонепроницаемым.

Закрепление грунтов применяется при создании во­круг разрабатываемых выемок водонепроницаемых за­вес или повышении несущей способности грунтовых ос­нований. В зависимости от физико-механических свойств грунта, его состояния, требуемой степени и назначения закрепления применяют замораживание, цементацию, битумизацию, химический, термический, электрический, электрохимический и другие способы искусственного закрепления грунтов.

Замораживание грунтов применяют в сильно водонасыщенных грунтах (плывунах) при разработке глубоких выемок. По периметру котлована погружают заморажи­вающие колонки из труб, соединенных между собой трубопроводом, по которому нагнетается специальная жидкость — рассол (растворы солей с низкой темпера­турой замерзания), охлажденный холодильной установ­кой до —20...—25 °С (рис. У.14). Для охлаждения рас­сола в холодильной установке применяют так называе­мые хладагенты (аммиак, реже — углекислоты).Охлаждающие иглы состоят из наружных труб, за­крытых и заостренных снизу, и внутренних, вставленных в них коаксиально и открытых снизу. Рассол поступает во внутреннюю трубу, а в нижней части колонки пере­ходит в наружную трубу, по которой поднимается вверх, после чего направляется к следующей колонке. Окружа­ющий грунт замерзает концентрическими цилиндрами с постепенно увеличивающимися диаметрами. Эти ци­линдры смерзаются в сплошную стенку мерзлого грунта, которая выполняет функцию конструкции ограждения временной выемки, Расстояние между колонками зави­сит от гидрогеологических и температурных условий производства работ, глубина выемки назначается в сред­нем 1.5...3 м. Способ замораживания не лишен недостатков: сох­ранение эффекта лишь на период действия замораживаю­щей установки, длительный процесс естественного от­таивания, повышение влажности грунта за счет миграции воды из теплых слоев грунта к охлажденным (под дей­ствием градиента температур). Однако технология за­мораживания и технические средства для его выпол­нения достаточно отработаны и поэтому, несмотря на указанные недостатки, этот способ широко применяется.

Цементация и битумизация заключается в инъеци­ровании цементного раствора или разогретых битумов. Эти способы применяют для пористых грунтов с высо­ким коэффициентом фильтрации, а также трещиноватых скальных пород.

Химическим способом закрепляют песчаные и лессо­вые грунты посредством нагнетания в них через инъекторы химических растворов.Химический способ может быть двух- и однорастворный. Двухрастворное закрепление заключается в после­довательном нагнетании в грунт сначала водного раст­вора силиката натрия Na2SiO3, а затем хлористого каль­ция СаС1₂. Растворы вступают в реакцию и образуют гель кремниевой кислоты nSiO2mH2O , который обволакивает зерна грунта и, твердея, связывает их в монолит. Этот способ применяется в хорошо дренирующих грун­тах с коэффициентом фильтрации больше 2 м/сут. При этом прочность грунта достигает 1,5...3 МПа. Однорастворное закрепление (смесь силиката натрия и отвердителя) применяется для слабодренирующих грунтов с коэффициентом фильтрации менее 0,3 м/сут. Прочность закрепленного грунта получается 0,3...0,6 МПа.Раствор при химическом закреплении нагнетают спе­циальными трубами — инъекторами (рис. У.15), погру­жаемыми раздельно или пакетами по 5 шт. Расстояние между инъекторами определяют в зависимости от вяз­кости раствора и типа грунта и уточняют эксперимен­тально.

Термическое закрепление, применяемое для лессовых грунтов, заключается в обжиге раскаленными газами, нагнетаемыми через скважину в поры грунта. Газы об­разуются при сжигании жидкого или газообразного топ­лива, подаваемого в толщу грунта вместе с воздухом че­рез жаропрочные трубы в пробуренную скважину.

Электрическим способом закрепляют влажные гли­нистые грунты. Способ заключается в использовании эф­фекта электроосмоса, для чего через грунт пропускают постоянный электрический ток с напряженностью поля 0,5... 1 В/см и плотностью 1...5А/м². При этом глина осу­шается, уплотняется и теряет способность к пучению.

Электрохимический способ отличается от предыду­щего тем, что одновременно с электрическим током в грунт вводят через трубу, являющуюся катодом и слу­жащую инъектором, растворы химических добавок, уве­личивающие проводимость тока (силикат натрия, хло­ристый кальций, хлористое железо и др.). Благодаря этому интенсивность процесса закрепления грунта воз­растает.