Введение к работе
Актуальность темы. Возведение сооружений на лессовых проселочных грунтах и обеспечение их нормальной эксплуатации представляет собой одну из наиболее важных и сложных задач современного строительства. Наиболее перспективным методом борьбы о просадками на стадии эксплуатации и при реконструкции существующих сооружений является способ силикатизации. Многообразие природных особенностей состава, отроения и свойств лессовых грунтов обусловил? применение различных модификаций этого метода. В овязи с этим., для рационального выбора рецептуры закрепления конкретной толщ и осуществления пространственно-временного прогноза результатов закрепления актуальна задача оценки реакционной способности лессовых грунтов по отношении к силикатному раствору. В настоящее время общепринято подразделение этих грунтов на две группы по их физико-химической активности в зависимости от величины емкости поглощения в щелочной среде. Однако, как показывает накопленный опыт, для повышения эффективности метода силикатизации необходимо оценивать не только степень физико-химической активности проселочных лессовых грунтов, во и ее природу. Такая оценка должна опираться на учет всех основных литолого-геохшичеоких особенностей грунтов и выявление их индивидуального и суммарного влияния на процесо формирования искусственного цемента при силикатизации.
Целью настоящей работы явилась разработка основных критериев инженерно-геологической оценки лессовых грунтов в качество объектов закрепления для определения сравнительной эффективности применения новых модификаций метода силикатизации в различных литолого-геохимичеоких условиях на примере предгорной части хребта Заплкйскнй Алатау.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи;
-
Изучение механизма и закономерностей взаимодействия основных компонентов минеральной части лессовых грунтов о ои-ликатным раствором путем проведения лабораторного физико-химического моделирования.
-
Исследование состава и микроструктуры гелей новых ам-моккйно-склякатных рецептур и выявление влияния на их строение лятолого-геохямичеокхх оообенноотей закрепляемых лессовых
- 2 -грунтов.
-
Комплексная оценка интенсивности и характера воздействия литолого-геохимических факторов на силикатизацию путем сравнения эффективности закрепления лессовых грунтов различного состава.
-
Сравнительная оценка эффективности применения новых модификаций метода силикатизации при закреплении лессовых грунтов с различной природой и степенью физико-химической активности.
-
Опытная проверка полученных результатов на примере грунтов района г.Алма-Аты и разработка основ рекомендаций по закреплению лессовых грунтов предгорных зов.
Научная новизна работы заключается в том, что вскрыт механизм взаимодействия основных компонентов твердой фазы лессовых грунтов с инъекционным силикатным раствором и определена роль различных типоморфных минералов в процеосе силикатизации лессов. Впервые проведено исследование состава и микроструктуры гелей новых аммониино-силикатных рецептур и показано влияние на их строение литолого-геохшических особенностей лессовых грунтов. Выявлены факторы, определяющие природу и степень физико-химической активности лессовых грунтов по отношению к силикатному растворі, что позволяет разработать систему критериев прогноза эффективности их закрепления. На примере лессовых грунтов предгорной части Заилийского Алатау дана инженерно-геологичео-т кая оценка лессов предгорных районов как объектов силикатизации.
Защищаемые научные положения:
-
Объяснение механизма взаимодействия трудно-, средне- и легкорастворимых солей лессового грунта с силикатным раствором. В зависимости от состава минеральной части лессового грунта выделены два возможных принципиально различных типа взаимодействия. При ион установлено, что гипс способствует гелеобразова-нию силикатного раствора, карбонаты кальция и магния препятствуют этому процессу, легкорг творимая соль A/aCl является ингибитором растворения в агрессивной щелочной среде алюмосиликатов лессового грунта.
-
Характер и степень влияния на состав и микроструктуру гелей новых силикатных рецептур, приготовленных с использованием отвердителой - креилефтористого и надсернокислого аммония,
- з -следующих литолого-геохимическнх особенностей лессовых грунтов: емкости обмена, карбонатов кальция и магния, норового пространства. Выявлено, что опт гели представляют собой неоднородные по химическому составу соединения, в твердой фазе которых возможно образование вторичных структурных.элементов, в том числе кристаллических фор*.
-
Новый подход к оценке физико-химической активности лессовых грунтов по отношению к силикатному раствору. Установлено, что степень физико-химической активности грунтов помимо величины емкости поглощения определяется содержанием в грунте карбонатов кальция и магния, гипса, дегкорастворимых солей, вследствие чего величина емкости поглощения в щелочной среде не может являться единственным критерием прогноза эффективности силикатизации.
-
Оценка реакционной способности лессовых грунтов предгорных районов. Выявлено, что для закрепления таких грунтов, фязико-хпмичеокая активность которых, как показано на примере хребта Заилийский Алатау, уменьшается с приближением к горному сооружению, наиболее эффективно применение коагулирующей персульфатси-ликатной рецептуры. Использование этого раствора приводит к качественному преобразованию структуры грунта и формированию водостойких контактов цементационного типа.
Практическое значение работы состоит в том, что произведена сравнительная оценка эффективности применения новых коагули-рущих и традиционных некоагулирущгос силикатных растворов для закрепления различных по составу лессовых грунтов и разработаны рекомендации к рациональному выбору инъекционных рецептур при оиликатизации лессовых грунтов предгорных районов.
Фактический материал. В основу диссертационной работы по-ложен'комплекс полевых и лабораторных исследований, проведенных автором в период 1985-1989 гг. Методы исследования включали экспериментальное физико-химическое моделирование процессов взаимодействия леосового грунта с силикатным раствором, проведенное на 60 грунтовых смесях, а также лабораторное закрепление более 1000 образцов различных по составу лессовых грунтов новыми силикатными рецептурами. Для изучения состава и структуры закрепленных грунтов и формирующихся в них новообразовании были использованы методы химического, злектроішо-микроскопичеокого, рентгеноіпзо-вого анализов, а также рентгеновского микроанализа. для обрлбот-
- 4 -ки полученных результатов были привлечены методы статистики и корреляционно-регрессионного анализа. Проверка экспериментальных данных осуществлялась при силикатизации лессовых грунтов в натурных условиях на двух объектах в районе г.Алма-Аты. Кроме " непосредственных исследований автора в работе использовались архивные материалы инженерно-геологических изысканий КазШИЗа (г. Алма-Ата).
Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на ХІУ, ХУ, ХУІ научных конференциях молодых ученых и аспирантов 107(1987, 1988, 1989 гг), а также на Всесоюзной научно-практической конференции "Лессовые и просадочные грунты как основание зданий и сооружений" (Барнаул, 1990).
По теме диссертационной работы опубликовано 6 научных статей, I сдана в печать.
Объем работы. Диссертация изложена на«2й*страницах машинописного текста, содержит 3& рисунков и **? таблиц, оостоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованной литературы, включающего /6& наименований, и приложений на /6 страницах машинописного текста.
Работа выполнена под научным руководством доктора геолого-минералогнческюс наук, профессора С.Д.Воронкевича, которому автор приносит глубокую благодарность. Особу» признательность автор выражает научному сотруднику проблемной лаборатории (07, кандидату геол.-мин. наук Н.А.Ларионовой за постоянную помощь в процессе выполнения и написания работы. Автор также благодарен Е.Н.Огородниковой, Р.И.Зючевокой, В.Н.Чкалову, В.А.Королеву, Н.В.Петровой, В.А.Ернолову, В.Н.Ефремову за помощь в проведении экспериментов и консультации.
