3.2.4. Штучні скельні грунти

Скельні ґрунти в умовах природного залягання завжди роз­биті тріщинами. Тріщинуватість знижує міцність ґрунтів, збільшує їх деформується і водопроникність. Для додання грантам монолітності, підвищення їх несучої здатності і зменшення водопроникності використовують різні речовини, які заповнюють пустки і тріщини у породах. Найбільш часто для цієї мети використовують тампонування тріщинуватих гірських порід цементними і цементно-грунтовими розчинами, заповнення тріщин бітумом; в особливо складних випадках тріщини тампонують рідким склом (силікатування ґрунтів). Вибір способу закріплення залежить від того, яку задачу слід вирішити (наприклад, тільки знизити во­допроникність або одночасно збільшити міцність), а також від складу і будови закріплюваних ґрунтів.

Найбільш часто в будівництві застосовується спосіб цементації ґрунтів, як найтехнологічніший, даючий надійні результати. Практично у всіх випадках, коли на скельних ґрунтах зводяться дамби у підґрунті їх створюються так звані завіси цементації. При цьому досягається зниження водопроникності до 0,02 - 0,03 л/хв. (при початкових величинах більше 2-3 л/хв.) і підвищення модуля деформації порід у 1,5 - 2 разів. Єство методу у наступному: крізь пробурені свердловини під тиском у гірські породи нагнітається цементний розчин, який заповнює тріщини і пустки, ущільнюється за рахунок віджимання води, твердне і в результаті знижує водопроникність породи і підвищує її міцність. Спосіб цементації має ряд обмежень для свого застосування - розмір тріщин у породі, швидкість руху підземних вод і їх хімічний склад. Цементація порід відбувається при ширині тріщин більше 0,1 мм При меншому розкритті тріщин частинки суспензії не проходять в них і цементування стає неефективним. З другої сторони при дуже широких тріщинах і великій швидкості фільтрації по них підземних вод відбувається винесення цементної суспензії за межі закріплюваної товщі. Вважають, що величина коефіцієнта фільтрації в цементованій товщі не повинна перевищувати 200 м/доб. Нарешті, підземні води певного хімічного складу можуть руйнувати затверділий цемент. Особливо небезпечні сульфатні натрієві води, які мають так звану сульфатну агресивність по відношенню до цементу.

Глинізація ефективна при заповненні карстових пусток з вели­чиною питомого водопоглинання до 100 л/хв. і більш, її застосовуються за наявності агресивних підземних вод; вартість глинізації нижче, ніж вартість цементації. Проте і цей метод має ряд обмежень. Глинізація практично не підвищує фізико-механічні властивості тріщинуватого масиву. Більш того, можливі випадки, коли, опор зсуву глинізованої тріщини може навіть зменшуватися. Найбільш раціональна глинізація для додання масиву водонепроникності, але і в цьому випадку можливе суфозійне винесення частинок з глинізованих тріщин.

Ряд переваг і недоліків має і спосіб бітумування, тобто нагнітання в ґрунт через свердловини гарячого бітуму. Бітум не боїться агресивних підземних вод, він не виноситься з тріщин навіть при значних швидкостях водного потоку, коли застосування глинясто-цементних розчинів практично неможливе; бітумування особливо ефективне при закріпленні закарстованих карбонатних порід. Проте цей спосіб незастосовний в породах, порушених тонкими трі­щинами з коефіцієнтами фільтрації менше 60 м/доб. Крім того, застосування гарячого бітуму створює виробничі труднощі і здорожує технологічний процес. Слід також згадати що бітум пластичний і при тривалій дії навантажень видавлюється з тріщин.

Для закріплення ґрунтів з низькою водопроникністю, таких як тріщинуваті алевроліти, мергелі і інші, застосовують спосіб силікатизації - нагнітання в тріщини хімічних гелеобразних розчинів (рідкого скла) і різних затверджувачів. Створені на цій основі тампонажні розчини мають високу проникність, а затверділі гелі стійкі до агресивних підземних во­д. Методи силікатування прості у технологічному відношенні, але використовування їх обмежується високою вартістю вживаних речовин.

Закріплення тріщинуватих скельних ґрунтів і поліпшення їх інженер­но-геологічних властивостей широко використовується при будівництві гребель, у гірській справі, при будівництві тунелів і ін. У ряді випадків при веденні будівельних робіт, а також для зміцнення підстави вже існуючих споруд буває необхі­дно підвищити міцність дисперсних ґрунтів. При введенні в дисперсні ґрунти різних речовин (бітуму або холодної бітумної емульсії, цементних розчинів, рідкого скла, карбамідних смол) у результаті складних фізико-хімічних реакцій в системі ґрунт - речовина фор­муються жорсткі структурні зв'язки конденсаційно-кристалізаційної природи, підвищується міцність, водо- і морозостійкість ґрунту. Штучно зміцнені дисперсні ґрунти (скам'янілі по загальній класифікації) по своїх властивостях близькі до осадових зцементованих порід. Так, при штучному зміцненні пісків досягається міцність їх на стиснення до 4 МПа.