V oblastech silničního stavitelství, kde nejsou kamenné materiály, je potřeba je přepravovat stovky kilometrů, což zvyšuje počáteční cenu těchto materiálů přibližně 4-6krát a způsobuje prodražování výstavby. Proto je vývoj metod zpevňování zemin pojivy velmi aktuální.
Zpevňování zemin je soubor stavebních operací zahrnujících zavádění pojiv a dalších látek, které zajišťují významnou změnu vlastností zemin a dodávají jim požadovanou pevnost, deformovatelnost, odolnost vůči vodě a mrazu.
Hlavním výchozím materiálem, který se při stavbě dálnic zpevňuje mísením s různými pojivy, jsou zeminy bez pevných vazeb mezi částicemi: hrubozrnné (obsahující částice větší než 2 mm, více než 60 % hmotnosti); písčitá, sypká v suchém stavu (obsahující částice větší než 2 mm, méně než 50 % hmotnosti); jílovitý, vyznačující se soudržností v suchém stavu a plasticitou v mokrém stavu a číslem plasticity vyšším než 1.
Hrubé zeminy, štěrkovité, hrubé a střední písky se používají nejen ke zpevňování, ale také jako skeletové granulometrické přísady do jílovitých zemin. Maximální velikost částic hrubých zemin by neměla být větší než 25 mm.
Zpevňování zemin přidáním pojivových materiálů a jiných látek dává pozitivní výsledek pouze při splnění následujících požadavků: drcení (v případě zpracování písčitých hlín, hlín nebo jílů); rovnoměrné rozložení pojivového materiálu v půdě s přísným dodržováním zavedeného přídavku cementu, bitumenu, syntetických pryskyřic a dalších látek; rovnoměrné navlhčení půdy na požadovanou (optimální) vlhkost a zhutnění upravované půdy na největší hustotu.
V důsledku těchto interakcí musí zpevněná zemina získat požadovanou pevnost, pevnost a mrazuvzdornost a dlouhodobě je udržet.
Nejrozšířenější v silniční stavební praxi jsou metody zpevňování zemin anorganickými a organickými pojivy.
Kromě běžných metod zpevňování zemin anorganickými a organickými pojivy se používají komplexní metody, kdy je zemina vystavena přídavku dvou pojivových materiálů s různými vlastnostmi a jejich optimální kombinaci nebo přídavku jednoho pojiva a povrchově aktivních látek.
Hlavním rysem komplexních metod je, že při správné volbě materiálů a optimální kombinaci jejich dávkování umožňují pozitivně změnit fyzikální, chemickou a chemickou aktivitu půdy, zvýšit přilnavost pojivových materiálů a urychlit vytvoření odolnější a monolitické struktury vyztužené zeminy.
Obsah
- 20. Zpevňování půd anorganickými a organickými pojivy. Komplexní zpevnění půdy
- K čemu a kde se používá?
- Metody zpevňování zemin
- mechanický
- Cementování, injekce
- Stavba silnic
- odvlhčování
- Výztuž
- Obyčejné chyby
20. Zpevňování půd anorganickými a organickými pojivy. Komplexní zpevnění půdy
Ke zpevnění zemin se používají anorganická pojiva: cementy, vápno, aktivní jemný popílek, mletá granulovaná struska. Dále se používají organická pojiva: bitumenové emulze, kapalné pomalu nebo středně zahušťující bitumeny, kapalné uhelné dehty.
Zvláště velký účinek má zpevnění zemin portlandským cementem.
Zemina vyztužená cementem se obvykle nazývá cementová půda a bitumen – bitumenová půda.
Cementové půdy mají vysokou pevnost po nasycení vodou nebo opakovaném zmrazování a rozmrazování
Ukazatele vlastností při zpevňování zemin portlandským cementem nebo portlandským struskovým cementem se zjišťují pro vzorky ztvrdlé 28 dní, zatímco vzorky zpevněné popílkem, popílkem s přísadami do cementu nebo vápna, vápenopopelovým nebo vápenostruskovým cementem nebo vápnem zpevněným 90 dní.
Zeminy zpevněné tekutými pomalu zahušťujícími bitumeny se vyznačují dlouhodobou strukturou a relativně nízkou pevností, odolností proti vodě a mrazu, smykovou a tepelnou odolností a vysokou závislostí vlastností na povětrnostních podmínkách a vlhkosti půdy. Vyšší vlastnosti mají zeminy zpevněné viskózními emulgovanými bitumeny (emulzemi). V tomto případě je možné použít mokré půdy bez ohřevu při teplotách vzduchu až 5 ° C, čímž se vytvoří trvanlivé vodě a teplu odolné i povrchy vozovek.
Komplexním zpevňováním zemin se rozumí jejich kombinovaná úprava organickými a anorganickými pojivy, adstringenty a povrchově aktivními látkami, což umožňuje dodat výslednému materiálu vyšší pevnost, mrazuvzdornost, odolnost vůči teplu a vodě, rozšířit sortiment zpevněných zemin a rozsah jejich použití. při stavbě silnic než bez přísad.
Při předúpravě půdy vápnem nebo cementem a odpovídajícím přidáním vody aktivně dochází k fyzikálně-chemickým reakcím, jejichž výsledkem je tvorba pevných a stabilních půdních mikroagregátů. Vzniká tak alkalické prostředí (pH = 10-12), které vytváří příznivé podmínky pro interakci na rozhraní mikroagregát-bitumen. V maximální míře se proto projevují adhezní síly v zóně kontaktu bitumenové fólie s částicemi nebo mikroagregáty zeminy za stanovených podmínek. Bylo zjištěno, že se zvýšením obsahu jílových částic v půdách se účinnost přidávání vápna zvyšuje.
Komplexní metoda zpevňování nám umožňuje získat materiál s vysokou deformovatelností, pevností a mrazuvzdorností.
Během výstavby je někdy nutné zpevnit základ pod objekty. Ale vše je zde mnohem složitější, než se zdá zvenčí, a dokonce existuje mnoho možností pro takovou práci. Je na čase přijít na to, jak půdu zpevnit, proč je to vůbec nutné a jaké chyby projektanti a stavitelé obvykle dělají.
K čemu a kde se používá?
Není vůbec nutné, aby se před výstavbou bytového domu, administrativního centra nebo jiné závažné stavby používaly stabilizace a konsolidace vrstev zeminy. Takové manipulace jsou vyžadovány v řadě dalších případů. Při stavbě zemních prací (přesněji při provádění zemních prací) se provádějí posilovací opatření tohoto druhu:
položení silnice (silnice nebo železnice);
instalace elektrického vedení a komunikační infrastruktury;
zachování reliéfu ve zvláště chráněných přírodních územích;
zamezení eroze zvláště významných objektů, eroze základů různých staveb.
Zesilovací práce ukazují svůj význam nejen ve fázi výstavby. V řadě sídel jsou sesuvy půdy, ztráta stability půdy a eroze vodními útvary nebo tajícími vodami zjištěny až po několika desetiletích. Pokud se tento proces nezastaví, budou konečné ztráty neúměrně velké oproti okamžitým úsporám. Navíc se v některých případech lze obávat rozsáhlého zničení a dokonce i vážných obětí.
A nakonec stojí za zmínku takový případ nutného posílení, jako je údržba zahradního pozemku nebo pole umístěného ve svahu.
Metody zpevňování zemin
mechanický
Tyto typy zvyšují pevnost půdy se objevily dříve než ostatní možnosti. Používaly se, i když na primitivní úrovni, před staletími. Ale dnes, díky vědeckému a technologickému pokroku, se schopnosti stavitelů mnohonásobně zvýšily. Tak či onak je „mechanika“ založena na konstrukci různých bloků a struktur, které drží vrstvy půdy na místě.
Štětovnice – poměrně drahé řešení problému. Používá se především tehdy, když je potřeba vytvořit prohlubeň nebo prohlubeň ve vodou nasycených zemských vrstvách v blízkosti již vytvořených objektů. Před zahájením ražby se do formace vkládají plechy. Pokud tato podmínka není splněna, nelze dosáhnout stabilního stavu půdy.
Držák konzoly je navržen jinak. Vyrábí se ze speciálních regálů, tedy hromádek. Tyto podpěry jsou zapuštěny spodní částí hlouběji, než bude plánovaný výkop. Piloty podpírají desky nebo panely, které přenesou zemní tlak.
Tato technika se doporučuje použít v případě, že výkop není hlubší než 5 m. Pro větší hloubky je nutné použít konzolové upevnění. Distanční vložky jsou umístěny v horní části stojanů.
Cementování, injekce
Poměrně často ke zvýšení pevnosti vrstev půdy použijte cement a některé další druhy malt. Toto řešení je odůvodněno tím, že jej lze použít i s hluboko uloženými trhlinami nebo dutinami. Vstřikovaný roztok jde do požadované hloubky a tam ztvrdne a vytvoří silnou mechanickou zátku. Zároveň se tím snižuje stlačitelnost zemin a jejich propustnost pro vodu. Zásobování maltou nebo cementovým „mlékem“ probíhá přes předražené duté piloty.
Cementace je potřebná ke zpevnění písků s velkou a střední zrnitostí. Stejná metoda je ale vhodná i pro horniny náchylné k praskání. Cementové roztoky jsou čerpány pomocí injektorů. Velikost trhliny a počet pórů v písku přímo ovlivňují podíl cementu a vody. Někdy se do roztoku přidávají inertní materiály. Poloměr fixace závisí na typu zpracovávané půdy. Kamenitá zemina se cementuje minimálně 1,2-1,5 m. Pokud je zemina složena z hrubého písku, bude toto číslo od 0,5 do 0,75 m. Středně velký písek se cementuje ve výšce 0,3-0,5 m. Postup se provádí pomocí sestupné zónová metoda.
Injekce roztoku se zastaví, jakmile je dosaženo cílové hodnoty absorpce.
Stavba silnic
Při výstavbě silnic a jiných dopravních cest (zařízení) je zpevňování půdy často spojeno s minerálními pojivy. Takové techniky byly vyvinuty již v XNUMX. století. V polovině dvacátého století bylo u nás provedeno mnoho výzkumů, které umožnily několikanásobně zvýšit účinnost postupu. Dnes ve vyspělých zemích nelze stavbu silnic dokončit bez zpevnění půdy. Výjimky jsou extrémně vzácné a jsou spojeny se zvláště příznivými podmínkami. Správné použití minerálních pojiv:
snižuje celkové náklady minimálně o 15 %;
umožňuje rychlejší dokončení stavby;
zvyšuje interval mezi hlavními opravami;
umožňuje vystačit si s menší tloušťkou povlaku;
snižuje nasycení ošetřených půd;
zvyšuje odolnost proti mrazu, proměnlivé vlhkosti a nízké vlhkosti.
Se současnou úrovní technologie lze komponenty míchat přímo na rozestavěné vozovce. Zařízení spolehlivě pracuje s tekutými i práškovými složkami. Pokud jsou podmínky stísněné nebo je půda velmi specifická a neumožňuje průjezd těžké techniky, používají se nesená zařízení. Nejrozšířenějším minerálním pojivem je u nás klasický portlandský cement. Budoucnost ale stále patří preciznímu výběru receptur a ne cvičení s dávkováním známých složek.
Stojí za zmínku, že půdy mohou být zpevněny nejen anorganickými, ale také organickými pojivy. Způsob míchání a způsoby aplikace jsou prakticky stejné. Hutnění se provádí pomocí samojízdných pneumatických válců. Například zavádění syntetických pryskyřic je poměrně široce praktikováno.
Odborníci zjistili, že takové látky v mrazu zmrznou, pokud jsou navíc vystaveny různým kyselinám.
Experimentálně bylo zjištěno, že Nejrychlejším způsobem fixace půdy je použití vodného roztoku kyseliny chlorovodíkové o koncentraci 5 %. Skutečná pevnost půdy je určena koncentrací pryskyřic a počáteční distribucí velikosti částic. Kyselý roztok se vstřikuje do jamky před pryskyřicí. Experimentální práce ukázaly, že po nasycení pryskyřicemi může být pevnost zemin 30-50 kg na 1 mXNUMX. ale to není konečný výsledek, protože výzkumná práce je extrémně aktivní. V mnoha situacích se vápno používá ke zpevnění půdy. Může být použit buď samostatně, nebo v kombinaci s jinými látkami. Technika je následující:
problémové oblasti se profilují ručně (ve velkém měřítku pomáhá srovnávač);
granulovat půdu ručními kultivátory;
zalévat vápennou maltou;
znovu kultivovat požadovanou oblast;
zhutněte jej (poté můžete dokonce opustit povlak).
Takto stabilizovaná půda nezměkne ani při vydatných srážkách nebo na jaře. Plevel na něm dlouho neroste. Množství potřebné práce je mnohonásobně menší než při použití kamenných bloků nebo dřevěných podlah. Metoda je vhodná pro zpevňování půd nejen na silnicích, ale také pro soukromé obytné budovy. Současně se snižuje složitost výstavby základů a snižují se celkové náklady na výstavbu.
Ale při stavbě ve velkém měřítku není potřeba jen jedno řešení, dokonce i použití osvědčeného činidla Consolid nebo jiné osvědčené značky, ale komplexní zpevnění půdy. Nejčastěji mluvíme o použití směsí organických a anorganických pojiv, do kterých se přimíchávají určité přísady.
Praxe ukazuje, že ošetření vrstev půdy směsí bitumenu, vápna, dehtu a cementu poskytuje vynikající výkon:
odolnost vůči chladu;
odolnost vůči teplu a změnám teploty;
Začínají ošetřením půdy vápnem nebo cementem. Určitě budou zvlhčené. Vzniklý hydrát oxidu vápenatého zajišťuje přilnavost jílu a koloidních částic. Čím více jílu je v půdě, tím účinnější je zavádění vápna.
Zhutnění zeminy zpevněné ve směsi s cementem nebo vápnem se provádí v prvních 2 hodinách po konečném promíchání směsi.
odvlhčování
Ale v některých případech není použití různých materiálů dostatečně účinné. Faktem je, že nadměrná vlhkost půdy brání úspěchu. Elektrochemická drenáž je účinná na jílovitých, prašných a bahnitých půdách. Trubkové elektrody (anoda a katoda) jsou umístěny v půdě vně a uvnitř základů chráněné budovy. Vzdálenost mezi elektrodami s jedním pólem by měla být od 0,8 do 1 m.
Anodová elektroda slouží k přívodu solných roztoků. Zvýšení rychlostního gradientu je dosaženo čerpáním podzemní vody z katody. Používá se stejnosměrný proud o napětí 100 až 120 V. Je možné zpevnit 1 m3 zeminy pomocí 60-100 kW elektrické energie.
Uchýlit se ale můžete i k chemickému sušení. Při této možnosti se do půdy zavádějí speciální přísady z distributoru asfaltu. Teplota by měla být mezi 50 a 80 stupni. Objem aditiv se kontroluje pomocí indikátorového papírku. Elektrická drenáž se používá, když je potřeba zlepšit vlastnosti půdy, která špatně propouští vodu. Hovoříme o půdách složených z jílu, bahna nebo hlíny, jejichž filtrační koeficient je menší než 1 m za den.
Pokud hlína není hlavní složkou půdy, používá se pražení (tepelné sušení). Vyvrtají studnu, do které se vloží děrovaná trubka ze žáruvzdorné oceli. Horký vzduch je hnán potrubím. Přebytečná vlhkost se odpaří a hlína se připeče. Teplo se získává pomocí lokálního paliva.
Silikace probíhá takto:
vzít tekuté sklo nebo jeho roztoky;
tyto roztoky jsou čerpány potrubím;
Po zkamenění půdy se potrubí odstraní.
Výztuž
Pilotové a příkopové stěny lze použít k umělému zpevnění zeminy na svažité ploše nebo v erodované oblasti. Také se někdy používá „hromadová pole“. Ale existuje mnoho dalších metod:
použití polymerové sítě, geotextilie;
Výběr možnosti je určen:
inženýrské a geologické charakteristiky lokality;
nároky na kvalitu podkladu;
naléhavosti a důležitosti práce.
Obyčejné chyby
Ať už zvolíte jakoukoli metodu, budete muset pracovat velmi pečlivě a jasně. Takže při použití pilot musí být zatížení přenášeno přísně svisle. Sebemenší odchylka do strany a efektivita práce prudce klesá.
Je nezbytně nutné analyzovat pokyny regulačních dokumentů a studovat vlastnosti půdy na konkrétním místě. Nepozornost vůči předpisům a ignorování geologického průzkumu jsou extrémně škodlivé.
Pravidelně se také vyskytují následující chyby:
použití zastaralé technologie;
špatný výběr zařízení a činidel;
nedostatek technické kontroly nad pracovním procesem, zejména nad zhutňováním půdy vrstvu po vrstvě;
nesprávná koncentrace pojivové směsi;
nedodržení teplotních omezení;
nedodržení časového rámce technologického procesu;
špatná volba vhodné metody.
Přečtěte si více o cementaci půdy níže.
