VII.3.4. Глины и глинистые растворы

Материалы для приготовления глинистых тиксотропных растворов (глина, вода, химические реагенты) должны быть предварительно подвергнуты лабораторным исследованиям.

Глина. Глинистый раствор для тиксотропных рубашек может приготовляться из обычных местных комовых глин и из специальных глинопорошков заводского изготовления, предназначенных для бурения скважин, стволов шахт, устройства буровых опор и т.п., а также из бентонитовых глин (высококоллоидальных) в виде глины-сырца или глинопорошка.

Обычные жирные комовые глины в их естественном состоянии в большинстве случаев пригодны для приготовления растворов тиксотропных рубашек, поскольку из них можно получить глинистые растворы с надлежащими показателями качества. Глина должна быть подвергнута в лаборатории исследованиям для определения минералогического и гранулометрического составов, пределов пластичности, плотности, объемной массы, естественной влажности, степени набухания.

Ниже приведены значения показателей, по которым устанавливается пригодность глины для приготовления из нее раствора.

При наличии в глине небольшого количества песчаных частиц размером более 2 мм их необходимо удалять во время приготовления глинистого раствора при помощи вибросита или слива приготовленного раствора в приемную емкость через желоб, имеющий в конце сетку.

Для приготовления качественных глинистых растворов из жирных небентонитовых или бентонитовых глин следует применять натриевые (Na) глины ввиду их большой растворимости (пептизации) в воде и возможности получения из них весьма стабильных растворов с хорошими фильтрационными (малой водоотдачей и тонкой глинистой коркой) и тиксотропными свойствами.

Пробы глин для лабораторных исследований из местных карьеров в целях правильного установления их однородности и качества следует отбирать в каждом карьере не менее чем из 3 мест. Масса проб должна быть 3—5 кг. Комовую глину рекомендуется заготовлять летом и хранить в воздушно-сухом состоянии под навесом, уберегая ее от размокания.

Глинопорошок заводского изготовления в специальных бумажных или джутовых мешках должен храниться в сухом состоянии и не подвергаться замачиванию во избежание его слеживания и превращения в комкообразное состояние.

Расчет потребного количества глины для получения 1  м³ глинистого раствора заданной плотности производится по формулам, приведенным в литературе [47, 48].

Вода. Для приготовления глинистых растворов применяют чистую пресную воду, соответствующую требованиям ТУ на воду для затворения бетона. Она не должна быть загрязнена солями, органическими или другими примесями. Для приготовления глинистого раствора может употребляться вода из водопровода, естественных водоемов, рек и озер, а также морская опресненная. Использование горько-соленой морской воды для приготовления глинистого раствора не допускается ввиду того, что это может привести к коагуляции (свертыванию), потере стабильности, тиксотропных свойств и других показателей качества глинистого раствора.

Химические реактивы. Если из местных комовых глин или заводских глинопорошков нельзя получить раствор с необходимыми показателями качества, рекомендуется произвести его улучшение химическими реагентами, руководствуясь инструкциями и нормативами на приготовление глинистых растворов для бурения.

Для улучшения показателей качества глинистых растворов (водоотдачи, толщины глинистой корки, тиксотропных свойств, статического напряжения сдвига, стабильности) следует производить химическую обработку их кальцинированной содой (Na₂СО₃) как наиболее безвредным и дешевым реагентом. Улучшение показателей качества глинистых растворов при помощи кальцинированной соды может быть достигнуто обработкой их 20%-ным водным раствором Na₂CO₃ в количестве 0,2—0,5% объема обрабатываемого глинистого раствора, что соответствует добавлению в него 0,4—1 % по весу сухой соды.

Параметры глинистых растворов могут быть улучшены также химической обработкой и другими реагентами: углещелочным реагентом (УЩР); карбоксиметилцеллюлозой (КМЦ), едким натром, пирофосфатом натрия (Na₄P₂O₇) или их различными комбинациями, например, введением 50% Na₂CO₃ и 50% NaOH или 50% Na₄P₂O₇ и 50% NaOH в количестве 0,5—1% по отношению к общему объему глинистого раствора.

Смеси Na₄P₂O₇ + NaOH рекомендуется применять при проходке песков, плывунов, а также при наличии прослоек трещиноватых известняков. Смеси Na₂CO₃ + NaOH следует использовать при проходке глин и глинистых песков.

При проходке гравийно-галечных грунтов для предотвращения больших потерь глинистого раствора рекомендуется увеличивать его вязкость обработкой раствора жидким стеклом или известью по рецепту, подобранному в лаборатории.

Способ обработки растворов химическими реагентами для грунтовых условий каждого конкретного строительного объекта должен устанавливаться лабораторией по действующим нормативам и инструкциям. В случае необходимости применения глинистого раствора большой плотности его можно получить добавлением в раствор специального утяжелителя — молотого барита или окиси железа. В этих случаях плотность глинистого раствора может быть при необходимости доведена до 1,3—1,5 г/см³.

Глинистый раствор. Установление необходимых показателей качества глинистого раствора должно производиться в зависимости от геологических и гидрогеологических условий на данном строительном объекте. При определении оптимальных показателей качества глинистых растворов для тиксотропных рубашек рекомендуется руководствоваться данными, приведенными в литературе [47, 48].

Ниже приведена аппаратура, с помощью которой проверяют параметры глинистого раствора.

Нагнетание и регулирование подачи глинистого раствора в полость тиксотропной рубашки. Устойчивость верхней части грунтовой стенки полости тиксотропной рубашки обеспечивается превышением уровня глинистого раствора приблизительно на 1 м над дневной поверхностью строительной площадки. Несоблюдение этого правила приводит к обрушению грунта в полость тиксотропной рубашки и к торможению погружения опускного колодца.

Объем глинистого раствора, потребный для заполнения полости тиксотропной рубашки и подающей системы (шланги, инъекторы, коллектор), должен приниматься с коэффициентом запаса 1,2. Реальный расход глинистого раствора всегда превышает теоретический, поскольку полость тиксотропной рубашки расширяется из-за кренов опускного сооружения, раствор инфильтрирует в грунт и могут быть прорывы его под нож. В целях экономии проникший внутрь опускного колодца глинистый раствор, незначительно перемешанный с грунтом, допускается залить снова в полость тиксотропной рубашки.

Определяется потребное количество глинистого раствора (для круглого опускного сооружения) по формуле

где V_p — объем раствора при достижении опускным сооружением проектной отметки;

D — наружный диаметр стен выше ножевой части;

а — ширина наружного уступа ножевой части;

H — глубина полости тиксотропной рубашки;

1,2 — коэффициент запаса.