Файл: Воронкевич, С. Д. Газовая силикатизация песчаных пород.pdf

рогеологнческим условиям он имеет существенные отличия. Грунтовые воды наблюдаются на данном участке склона с глубины 130 см, причем капиллярная кайма прослеживается уже с глубины 24 см.

Т а б л и ц а 26

Химический состав песчаных грунтов по данным сокращенного валового анализа

Разрезом на участке вскрыта лугово-подзолистая сильнооподзоленная почва на слоистом песчаном аллювии. Песча­ ные отложения ниже 97 см по классификации Е. М . Сергеева относятся к среднемелкозернистым. Суммарное содержание частиц размером 0,5—0,1 мм колебалось от 79 до 82%, при­ чем среди них преобладала фракция 0,25—0,10 мм (58— 62%), частиц <0,05 мм — 5—9%.

Высокий уровень грунтовых вод и капиллярное увлажне­ ние обусловили развитие восстановительных процессов и об­ разование оглеенных горизонтов. На глубине 23—57 см встре­ чен погребенный горизонт с высоким содержанием плохо разложившихся растительных остатков. По гранулометриче­ скому составу он представляет собой сильноопесчаненный су­ глинок с включениями обломков выветрелого гранита.

Закрепление грунтов производилось с помощью инъекторов двух видов. Перфорированная часть инъекторов'одного вида составляла 80 см, у инъекторов второго вида — 100 см.

имеет диаметр 42 мм, расстояние между пазами с отверстия­ ми 50 мм, диаметр отверстий 1 мм. Перед забивкой инъекто­ ров отверстия закрывались манжетами из эластичной рези­

87

ны, плотно прилегавшими и закрывавшими выходные отвер­ стия. При оценке работы инъекторов следует отметить пре­ имущество инъекторов первого вида. Большее расстояние между рядами отверстий обусловливает меньший спад давле­ ния в инъекторе, а больший диаметр выходных отверстий

обеспечивает меньшее их загрязнение. Мелкие вы­ ходные отверстия инъек­ торов второго вида легче забиваются песком.

Раствор жидкого стек­ ла подавался в грунт через инъекторы ручным насосом под давлением не более 4 атм. После закачки стекла к инъектору подключался баллон с углекислотой. Подача углекислого газа происходила через редуктор, расход его определялся взвешиванием баллона. После закрепления песка производи­ лось вскрытие шурфом закрепленного грунта, замеры за­ крепленного массива, отбирались пробы на прочность и хи­ мические анализы (рис. 16).

Таким образом, был произведен ряд инъекций с различ­ ным расходом жидкого стекла и углекислого газа. Закреп-

88

ленные массивы в своем большинстве имели форму эллипсои­ дов с радиусом закрепления, зависящим от объема заинъецированного силиката. Эллипсоиды закрепления после очистки их от примыкающего незакрепленного песка характеризова­ лись большой монолитностью. Отбор проб из закрепленных участков производился путем откалывания кусков ломом или кайлом.

Прочность на сжатие определялась на образцах-кубиках. В результате механических повреждений при отборе образ­ цов и не всегда идеальной их формы прочность на одноосное сжатие, характеризующая эффект закрепления, оказывалась заниженной. Определение прочности производилось на образ­ цах с естественной влажностью, отобранных непосредственно1 после закрепления. Влажность отдельных горизонтов колеба­ лась от 6,1 до 12,5%.

Отбор проб производился на различном удалении от инъектора с учетом наиболее характерных прослоек и горизон­ тов закрепленных отложений. При заметном изменении гра­

в каждом отдельном случае. В отобранных пробах определя­

вержденных силикатов натрия, деполимеризующаяся в при­ сутствии фтористого натрия, и нерастворимая, полимеризованная.

Водно-растворимая кремневая кислота определяется из водной вытяжки титрованием по методу В. Е. Соколовича. Определение деполимеризуемой кремневой кислоты прово­ дилось из суспензии закрепленного грунта. Растертый грунт в количестве 25 г заливался 80—90 мл дистиллированной во­ ды. Суспензия грунта титровалась соляной кислотой до пол­

ной нейтрализации ионов ОН - , СОГ~ и НСОГ, затем вво­ дилось 4 г фтористого натрия и оттитровывалась кремневая кислота.

Общее содержание кремневой кислоты определяется пу­ тем обработки пробы закрепленного грунта 10-процентным раствором едкого калия. Навеска закрепленного грунта, рас­ тертого без разрушения зерен песка, в количестве 10 г зали­ вается 50 мл 10-процентного раствора едкого калия. Суспен­ зия перемешивается круговым движением, помещается на песчаную баню и доводится до кипения. С момента закипа­ ния температура поддерживается около 80—90°С в течениечаса. Колбы с грунтом охлаждаются до комнатной темпера­ туры, после отстаивания отбираются пипеткой пробы на анализ. Определение кремневой кислоты производилось в

8 9

присутствии NaF. При определении аморфной кремнекислоты и незакрепленных грунтах по методу К. К. Гедройца [(нагре­ ванием 5 г песка в 100 мл 5-процентного раствора КОН при температуре около 95°С) в раствор переходит из аллювиаль­ ных песков I надпойменной террасы всего 0,03—0,08 г на 100 г песка кремневой кислоты. Таким образом, практически вся кремнекислота, определяемая в закрепленных грунтах, является привнесенной инъекцией силиката натрия. Это под­ твердилось повторными опытами.

С использованием вышеописанной методики закрепления песчаных пород и их опробования после закрепления было проведено в течение 1968— 1971 гг. в зоне аэрации и ниже уровня грунтовых вод шестнадцать индивидуальных инъек­ ций и опытное закрепление массива объемом около 10 м3. В табл. 27 приведены основные технологические характерис­ тики индивидуальных опытов, геометрия закрепленных мас­ сивов, прочность на одноосное сжатие закрепленного грунта и некоторые специфические особенности проведения отдель­ ных опытов.

Полевые опыты показали прежде всего возможность ис­ пользования разведенных растворов силиката натрия удель­ ным весом 1,19 для закрепления кварцевых с органическими примесями, кварцевых ожелезненных и слабокарбонатных песчаных пород. Вместе с тем опыты позволили установить зависимость прочности внутри закрепленного массива от сло­ жения, состава и влажности грунтов. По данным опытов 1—8, максимальные значения прочности в целом получены для гор. Вг и С в местах концентрации горизонтальных железис­ тых прослоек.

При этом сказывается не только плотность сложения, а также сильная ожелезненность песка и наличие железистых прослоек, способствующих локализации раствора стекла и оптимальным условиям его отверждения газом, так как они препятствуют спаду давления в грунте. Наблюдения пока­ зали, что фильтрация силиката натрия через ожелезненный песок сопровождается растворением гидроокиси алюминия и железистых соединений, а при отверждении стекла проис­ ходит образование железисто-силикатных комплексов, проч­ но адсорбирующихся на поверхности железистых пленок и кварцевых зернах песков.

Наименьшая прочность закрепления наблюдалась на глу­ бине ниже 1,12 м от поверхности земли в горизонте средне­ зернистого, сравнительно рыхлого слоя песка с коэффициен­ том фильтрации в нарушенном состоянии 27 и 19 м/сут в ес­ тественном сложении. Высокий коэффициент фильтрации пес­ ка, рыхлость сложения определяют рассредоточение силика­ та натрия, увеличение объема закрепленного грунта на одно­ временное снижение прочности до 4—5 кг/см2 при инъекции

90