Изменение коэфициента фильтрации глинистых грунтов после их оброботки растворами naon

ванные допуски для геодезического контроля и строительных работ, способствует обеспечению их заданного высотного положения, снижению трудозатрат и повышению качества строительства автомобильных дорог.

Библиографический список

1.ГОСТ 21778-81 (СТ СЭВ 2045-79). Система обеспечения точности геометрических параметров в строительстве. Основные положения. - Введ. 1980-12-02. - М.: Изд-во стандартов, 1981. - 9 с.

2.СНиП 3.06.03-85. Автомобильные дороги. Госстрой СССР. - М.ЦИТП Госстроя СССР, 1985. -106 с.

3. ГОСТ 30412-96. Дороги автомобильные и аэродромы. Методы измерения неровностей оснований и покрытий. - Введ. 1997-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 1996. - 7 с.

4. Статистические методы контроля качества строительно-монтажных работ / Ю.В. Столбов - М.: Стройиздат, 1982, - 87 с.

THE ANALYSIS OF METHODS OF CALCULATION OF ACCURACY GEODETIC CONTROL OF HIGH-RISE POSITION OF THE BASES AND COVERINGS OF HIGHWAYS

Yu.V. Stolbov, S.Yu. Stolbova, D.O. Nagaev, L.A. Pronina

The analysis of methods of calculation of accuracy of geodetic control of high-rise position of the bases and coverings of highways is made. Examples of calculation of admissions with application of methods of equal and insignificant influ-

ence of errors on definitive position of designs and a method taking into account accuracy of technological processes of the device of constructive layers of road clothes are resulted. It is established that at calculation of admissions with application of a method taking into account accuracy of technological processes of the device of constructive layers of road clothes the most well-founded norms of accuracy for geodetic control and civil work are received.

Столбов Юрий Викторович - доктор технических наук, профессор кафедры «Геодезия», Основные направления научной деятельности: обоснование допусков на геометрические параметры строительных конструкций и контроль качества строительства Общее количество опубликованных работ: 125.

Столбова Светлана Юрьевна - кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой «Недвижимость и строительный бизнес». Основные направления научной деятельности: обоснование и обеспечение точности возведения зданий и сооружений. Общее количество опубликованных работ: 30. E-mail: stolbova_sy@sibadi.org

Нагаев Дмитрий Олегович - инженер. Основные направления научной деятельности: строительство автомобильных дорог. Общее количество опубликованных работ: 9.

Пронина Лилия Анатолиевна - аспирант. Основные направления научной деятельности: строительство зданий и сооружений. Общее количество опубликованных работ: 5.

УДК 625.731

ИЗМЕНЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ ПОСЛЕ ИХ ОБРАБОТКИ РАСТВОРАМИ NAOH

К. В. Семашкин, В. Н.Шестаков

Аннотация. Изложены физико-химические предпосылки к снижению коэффициента фильтрации глинистых грунтов после их обработки растворами гидроксида натрия с добавкой негашеной извести. Приведены результаты лабораторных исследований, подтверждающих степень снижения коэффициента фильтрации, обработанного таким раствором легкого суглинка.

Ключевые слова: коэффициент фильтрации, глинистый грунт, раствор гидроксида натрия.

Введение земляное полотно может быть подтоплено

В процессе эксплуатации автомобильных (см. рис. 1). При этом степень увлажнения

дорог гидрогеологические условия прилежа- земляного полотна зависит от плотности грун-

щей территории могут изменяться. Например, та: чем больше последняя, тем меньше ко-

эффициент водопроницаемости. Для регулирования влажности грунтов основания и насыпи зачастую необходимо ограничить поступление в них влаги. Такого эффекта в существующей насыпи можно добиться путем устройства водонепроницаемого экрана.

Устройство такого экрана можно с помощью инъекцирования рабочего раствора №ОН в сочетании с негашеной известью в тело земляной насыпи [1, 2, 3].

50

Т т Т п=Щ+4,0н+2/5н2 У у/ ”!

+ і іН

\^Ґ\\ ~1Н

1 "(—]—]—]—]

О

1

і

4

5

7 тон, н

Рис. 1. Зависимость степени снижения коэффициента фильтрации п суглинка от концентрации обработки раствором №ОН

Таблица 1 - Значения физических характеристик грунта

Глубина отбора пробы, м Природная влажность W, Влажность на границе текучести WL - а к с а р е а & і на на нв ть ыт ст о н ж а л В Число пластичности иР} Показатель текучести Разновидность грунта по ГОСТ 2510095

1,0 0,16 0,21 0,12 0,09 0,44 Суглинок легкий, тугопластичный

1,5 0,18 0,23 0,14 0,09 0,44 Суглинок легкий, тугопластичный

2,0 0,14 0,24 0,16 0,08 <0 Суглинок легкий, твердый

Примечание: Максимальная плотность сухого

сти = 0.12 .

На фильтрацию наиболее существенно влияют структурно-текстурные особенности грунта: гранулометрический состав, его однородность (неоднородность), форма, размер пор и каналов. Фильтрация начинается лишь при полном насыщении грунта водой. В солонцеватых грунтах вся влага задерживается на поверхности солонцеватого горизонта, заполняя собой все поровое пространство [4, 5].

грунта р = 1.73 гісм 3 при оптимальной влажно-

Предпосылки к снижению фильтрации глинистого грунта

В мелиорации при борьбе с высокой фильтрацией из оросительных каналов применялся химический метод. Для снижения фильтрации грунта ложе каналов искусственно активизируют такие почвообразовательные процессы, которые вызывают обесструктури-рование верхних слоев породы и снижают их

водопроницаемость. Это достигается осолон-цеванием рыхлых пород. Способ осолонцева-ния грунтов ложа оросительных каналов был предложен почвоведом-химиком А.Н. Соколовским. Почвенная масса солонцового горизонта во влажном состоянии отличается тик-сотропностью, так как находится в коллоиднодисперсном состоянии. Это объясняется тем, что при взаимодействии почвы с натриевыми солями (обязательное условие развития солонцового процесса) происходит замещение катионов кальция в коллоидно-дисперсном комплексе на натрий. Во влажном состоянии солонцовый горизонт высокопластичный и липкий. При высыхании твердость солонцового горизонта возрастает. Во влажном состоянии солонцы отличаются очень низкой водопроницаемостью, она в 10-15 раз меньше чем у несолонцеватых почв. Водопроницаемость тем ниже, чем выше доля обменного натрия. Так, скорость фильтрации через солонцовый горизонт в почвах с содержанием обменного № с концентрацией до 5 н колебалась от 3 -10-3 - 5-10-4 м/сут., а при увеличении содержания № с концентрацией сверх 10 н фильтрация через солонцовый горизонт полностью прекращалась [5].

В своих исследованиях В.М. Павилонский изучал фильтрацию водных растворов №ОН с концентрациями 1,5 н и 0,1 н через фрагмент экрана из уплотненного суглинка [6].

Замена обменных двухвалентных катионов (кальция и магния) на натрий увеличивала гидрофильность грунта, т.е. его способность связывать и удерживать воду. Вследствие этого происходило дополнительное набухание грунта, снижение размеров пор - в первую очередь крупных и как следствие - уменьшение проницаемости грунта. Реакция обмена и связанные с ней процессы происходили относительно быстро и при фильтрации 1,5н раствора №ОН, вследствие этого имело, место резкое снижение проницаемости. Наряду с выше указанными в грунте происходили и другие процессы. Выделяющиеся при диспергировании мелкие фракции растворялись едким натром, что вело к увеличению проницаемости грунта. Динамика и величина изменения проницаемости во времени определяются концентрацией фильтрующегося раствора. При фильтрации 1,5н раствора №ОН коэффициент фильтрации грунта изменялся быстрее и в более значительных пределах (на 2-3 порядка), чем при фильтрации 0,1н раствора. В результате долговременной фильтрации (свыше 2-х лет) 1,5н раствора едкого натра коэффициент фильтрации суглинка вырос в

10,8 раза, а при фильтрации 0,1н раствора №ОН он уменьшился в 1,9 раза [6].

Согласно Волкову Ф.Е. [7] при обработке глинистых грунтов щелочными растворами высоких концентрации (>2.5 н.), в отличие от низких, на контактах частиц грунта. из продуктов разрушения алюмосиликатного ядра глинистых, некоторых первичных и типоморфных минералов возникают новообразования. В ходе защелачивания грунтов синтез вяжущих происходит непосредственно в породе за счет его собственных ресурсов, извлекаемых из минеральных составляющих грунта в условиях сильнощелочной среды.

Результатом такой обработки является частичная цеолитизация алюмосиликатной составляющей грунта. В результате щелочного гидролиза, прежде всего глинистой составляющей грунтов через 7-8 дней в поровом пространстве наблюдается осаждение аморфного алюмосиликатного геля цеолито-вого состава, который в дальнейшем способен перекристаллизовываться с образованием низкокремнеземистых цеолитов за счет разложения глинистых минералов.

При приготовлении рабочего раствора необходима добавка негашеной извести (СаО) в количестве 1-2% от массы рабочего раствора. Катионы кальция в системе «грунт -раствор №ОН» приводят к созданию дополнительных соединений типа гидрогранатов, гидросиликатов кальция, кальцита, способных цементировать песчаные и пылеватые частицы грунтов и принимать участие в создание жесткой конденсационно-кристаллизованной структуры в глинистых грунтах, что приводит к еще большему упрочнению [7].

Применение способа защелачивания в глинистых грунтах не представляет опасности загрязнения окружающей среды, так как в них преобладает диффузионный механизм продвижения инъекцированного в грунт раствора щелочи. Экспериментально-теоретические исследования и натурные наблюдения, проведенные в БашНиИстрой, показали, что за счет активного взаимодействия щелочных растворов с глинистым грунтом и преобладания медленных диффузионных процессов в течение одного года происходит практически полное поглощение щелочи за пределами очага обработанной зоны, а концентрация раствора в пределах этой зоны с течением времени приближается близко к предельно допустимой концентрации [7].

Объектом исследования является суглинок легкий, отобранный из тела насыпи автомобильной дороги Сыропятское - Кормиловка

- Калачинск, 39 км Омской области, физические характеристики которого приведены в таблице 1.

Исследуемый грунт в металлических кольцах диаметром 56 мм и высотой 20 мм с коэффициентом уплотнения 0,95 помещался между двумя пластинами из оргстекла, скрепленными болтами, чтобы избежать набухания грунта, при взаимодействии с раствором №ОН. Образцы погружались в эксикаторы с раствором №ОН с концентрациями 2,5н, 5,0н, 7,5н, с добавлением 2% СаО от массы рабо-

чего раствора. По истечение 30 суток образцы вынимались из эксикатора.

Определение коэффициента фильтрации проводились в соответствии с ГОСТ 25584-90 в компрессионном приборе полевой лаборатории ПЛЛ-9 [8].

Из результатов лабораторных испытаний (табл. 2) видно, что с увеличением концентрации раствора №ОН, которым обработан суглинок, коэффициент фильтрации грунта понижается.

Таблица 2 - Результаты лабораторных определений коэффициента фильтрации легкого суглинка

Состояние грунта Среднее значение Кф, м/сут Оценка водопроницаемости по Н.Н. Маслову [9]

В естественном состоянии 9,2*10-3 Весьма слабопроницаемый

Обработанный раствором №ОН концентрацией 2,5н 1,8*10-4 Весьма слабопроницаемый

Тоже раствором №ОН концентрацией 5,0н 8,49*10-5 Водонепроницаемый

Тоже раствором №ОН концентрацией 7,5н 4,65*10-5 Водонепроницаемый

Значения коэффициента фильтрации суглинка в естественном состоянии и обработанного раствором №ОН концентрацией 2,5н по Н.Н. Маслову [9] характеризуется по водопроницаемости как весьма слабо проницаемые. Образцы грунта, обработанные раствором №ОН концентрацией 5,0н и 7,5н, характеризуются как практически водонепроницаемые.

Для оценки снижения значения коэффициента фильтрации суглинка, обработанного раствором NaOH высокой концентрации с добавлением 2% СаО от массы рабочего раствора, используем отношение п, характеризующее степень такого снижения (рис 1).

п = ,

КФ

где КФ - коэффициент фильтрации грунта

в естественном состоянии; и Кф - коэффициент фильтрации грунта, обработанного раствором №0н, м/сут.

Вывод

При обработке легкого суглинка раствором №ОН концентрацией 2,5 н. коэффициент фильтрации понижается в 50 раз, при концен-

трации 5,0 н. - 110, при концентрации 7,5 н. -200 раз соответственно.

Снижение коэффициента фильтрации грунта происходит в результате растворения в щелочных растворах некоторых силикатов и типоморфных минералов, что приводит к их взаимодействию и образованию гидросиликатов и гидроксидов кальция, также устойчивых в щелочной и водной средах. В ходе защела-чивания грунтов синтез вяжущих происходит непосредственно в породе за счет его собственных ресурсов, извлекаемых из минеральных составляющих грунта в условиях сильнощелочной среды. В результате щелочного гидролиза, прежде всего глинистой составляющей грунтов в поровом пространстве, наблюдается осаждение аморфного алюмо-силикатного геля цеолитового состава. Происходит дополнительное набухание грунта, снижение размеров пор - в первую очередь крупных и как следствие - уменьшение водопроницаемости грунта.

Эффект снижения коэффициента фильтрации глинистых грунтов, обработанных щелочью, рационально использовать при создании водонепроницаемых экранов в подтапливаемых земляных насыпях.

Библиографический список

1. Рассказов Л. Н. Проектирование грунтовых плотин: учеб. пособие/ А. Л. Гольдин; ред. Л.Н. Рассказов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : АСВ, 2001. - 384 с.

2. Леонович И. И. Механика земляного полотна / И.И Леонович, Н.П. Вырко.- Минск. «Наука и техника», 1975. - 232 с.

3. Типовые решения по восстановлению несущей способности земляного полотна и обеспечению прочности и морозоустойчивости дорожной одежды на пучинистых участках автомобильных дорог. - М. 2001. - 69 с.

4. Грунтоведение / ред. В.Т.Трофимов.-М.,:МГУ, 2005.-1024 с.

5. Зайдельман Ф. Р. Мелиорация почв: учебник/ Ф.Р. Зайдельман. - 3-е изд., испр. и доп. - М.: МГУ, 2003. - 448 с., ил

6. Павилонский В. М. Изменение проницаемости суглинка при длительной фильтрации растворов едкого натра / В.М. Павилонский // Труды ВОД-ГЕО, 1977, выпуск 68. - С.3-14

7. Волков Ф. Е. Роль растворов едкой щелочи в процессе формирования микроструктуры грунтобетона / Ф.Е.Волков // Строительные материалы, 2003, №10. - С. 44-46

8. ГОСТ 25584-90. Метод лабораторного определения коэффициента фильтрации. Введ. 01.09.90 - М.: Изд-во стандартов, 1990. - 17 с.

9. Маслов H. H. Основы инженерной геологии и механики грунтов. - М.: Высш. школа, 1982. - 512 с.

CHANGE OF FACTOR OF THE FILTRATION CLAYEY SOIL AFTER THEIR PROCESSING BY SOLUTIONS NAOH

K. V. Semashkin V. N. Shestakov

Described the physical and chemical conditions to reduce the filtration coefficient of clayey soils after treatment with sodium hydroxide solution with the addition of quicklime. The results of laboratory studies confirming the extent of the decline of the hydraulic treated in such a solution is easy to loam.

Шестаков Владимир Николаевич - доктор технических наук, профессор кафедры «Инженерная геология, основания и фундаменты». E-mail: Shestakovomsk@rambler.ru

Семашкин Константин Владимирович - Аспирант кафедры "Инженерная геология, основания и фундаменты. Сибирская Государственная Автомобильно-Дорожная Академия. Основное направление научных исследований: Способы обеспечения устойчивости подтопленных насыпей из глинистого грунта.