Искусственное закрепление грунтов — это такое воздействие на грунт, в результате которого повышается его прочность: он становится неразмываемым, а в некоторых случаях и водонепроницаемым, и применяется с целью создания водонепроницаемых ограждений при отрывке котлованов и траншей, борьбы с оплыванием откосов, а также укрепления оснований фундаментов. В строительстве применяется поверхностное — на глубине менее 1 м, и глубинное — на глубине в несколько метров, закрепление грунта.

Искусственное закрепление грунтов может выполняться: замораживанием, цементацией, силикатизацией, битумизацией, термическими и электрохимическими способами и др.

Цементация применяется для закрепления крупно-, среднезернистых песков и трещиноватых скальных пород путем нагнетания в грунт цементного раствора через инъекторы. В зависимости от размера трещины и пористости песка применяют суспензию с отношением цемента к воде от 1:1 до 1:10, а также цементные растворы с добавками глины, песка и других инертных материалов. Радиус закрепления грунтов составляет в скальных грунтах — 1,2- 1,5 м, в крупных песках — 0,5-0,75 м, в песках средней крупности — 0,3-0,5 м. Цементацию производят нисходящими или восходящими зонами; нагнетание прекращают при достижении заданного поглощения или когда снижение расхода раствора достигнет 0,5 л/мин в течение 10 мин при заданном давлении.

Укрепление грунтов и конструкций путём инъекции раствора на основе особо тонкодисперсных вяжущих (микроцементов)

Микроцементы представляют собой портландцемент очень мелкого помола. Они предназначены специально для инъектирования в твердые породы и грунты.
Благодаря очень мелким частицам микроцементы отлично проникают в микротрещины в твёрдых породах и мелкозернистых грунтах, обеспечивая водонепроницаемость, прочность и долговечность в большинстве случаев инъектирования. Микроцементы могут быть сульфатостойкими и доступны в различных градациях в зависимости от максимального размера частиц. Одной из целей микроцементов является закрепление и уплотнение грунтовых массивов и конструкций путем пропитки их поровой структуры водной суспензией и последующим затвердением массива. Микроцемент является альтернативой органическим инъекционным составам. Как минеральное вяжущее, отличается прочностью, долговечностью и безопасностью для окружающей среды.
Инъекционное закрепление грунтов и материалов является наиболее эффективным технологическим методом усиления оснований и фундаментов зданий и сооружений.
Эффективность инъекционных технологий проистекает из низких затрат и высоких темпов производства работ, что определяется:
- использованием малогабаритного и легкого транспортируемого оборудования
- незначительным объемом буровых работ
- возможностью работ для труднодоступных участков
- возможностью ведения работ в стесненных условиях
- высокой производительностью труда.
Проблемы инъекционного закрепления всегда состояли в гарантированном обеспечении долговечности и прочности закрепляемых массивов грунта или конструкций, в возможности создавать массивы со значительными габаритами, а так же в экологической и санитарной безопасности применяемых инъекционных составов.
Применение микроцементов позволяет сочетать эффективность инъекционных технологий и устранение указанных проблем, так как, являясь минеральным вяжущим с долгим сроком сохранения инъекционных свойств, обеспечивают высокую прочность и долговечность закрепления, позволяет создавать массивы с большими габаритами и является экологически и санитарно безопасным материалом.

В настоящее время для закрепления грунтов и иных конструкций успешно применяются растворы на основе таких микроцементов, как «Микролег d98» (производитель - фирма «Цементоросси», Италия), «Реоцем» (производитель - фирма «БАСФ», германия), «Микродур» (производитель - фирма «Дюкерхоф», Германия), «Инжектоцем-190» (производитель – фирма «Зика», Швейцария) и т.д. Гранулометрический состав этих материалов характеризуется величиной удельной поверхности частиц.

Типичные области применения

	Технология усиления фундаментов: Усиление ленточных и столбчатых фундаментов на основаниях, сложенных из песчаных грунтов. Инъекционное закрепление грунта прилегающего к фундаментам до прочности 5 - 10 МПа позволяет увеличить ширину и глубину залегания фундаментов, повышая тем самым их несущую способность.
	Технология устройства анкерных свай: Инъекционное закрепление песчаных прослоев грунта позволяет создать грунтобетонные уширения свай в виде габаритной анкерной подушки с прочностью 10 - 15 МПа. Анкерные сваи с габаритным грунтобетонным анкером (до 1,5 м в диаметре) имеют более высокое сопротивление выдергиванию, чем все существующие современные конструкции анкеров, что позволяет минимизировать количество анкерных свай.
	Технология восстановления стены в грунте: Инъекционное укрепление грунта прочностью 5 - 10 МПа за «стеной в грунте» позволяет устранять фильтрацию воды, выход грунта и восстанавливать несущую способность конструкции. Данный метод применяется также в качестве предварительного противоаварийного мероприятия при устройстве «стены в грунте» в водонасыщенных подвижных грунтах.
	Технология устройства искусственного водоупора: Инъекционная стабилизация грунта в виде горизонтального экрана (противофильтрационной завесы) в песчаных прослоях грунта в котлованах, имеющих противофильтрационное вертикальное ограждение (стена в грунте, буросекущие сваи, шпунт и т.д.), но не имеющих естественного водоупора, позволяет выполнять функцию искусственного горизонтального водоупора и уменьшить фильтрацию воды в котлован в тысячи раз.
	Технология устройства свай с опорной пятой: Инъекционное закрепление песчаных прослоев грунта залегающих на глубине в основании зданий позволяет создать грунтобетонные уширения свай в виде опорной пяты с прочностью 10 - 15 МПа. Опорная пята сваи значительно повышает ее несущую способность и позволяет получить значительную экономию за счет уменьшения длины и диаметра сваи.
	Технология углубления подвальных помещений: Инъекционное закрепление песчаного грунта залегающего под ленточными и столбчатыми фундаментами до прочности 15 - 20 МПа позволяет создать новые грунтобетонные фундаментные стены и фундаменты под подошвой существующих фундаментов и устроить (углубить) подвальное помещение.

Струйная цементация (джет-гроутинг, jet-grouting) применяется для закрепления любых типов грунтов, кроме скальных. Устройство струйной цементации выполняется в два этапа – бурение лидерной скважины диаметром 112 мм и нагнетание цементного раствора под высоким давлением через сопла монитора, расположенного на конце буровой колонны, с одновременным ее вращением и подъемом. Диаметр грунтобетонных свай в зависимости от геологических условий составляет от 600 мм до 1200 мм. Основным преимуществом технологии является возможность производства работ без ударных нагрузок на близко расположенные здания. Кроме того, устройство струйной цементации грунтов позволяет выполнить работы с высокой производительностью, в сжатые сроки, что в современных условиях является особенно важным для инвестора с точки зрения эффективности затраченных финансовых ресурсов.

Силикатизация применяется для повышения прочности, устойчивости и водонепроницаемости песчаных и водонасыщенных грунтов с коэффициентом фильтрации от 2 до 80 м/сут. Способ силикатизации успешно применяется для закрепления грунтов в основаниях существующих зданий в целях ликвидации их просадок. Силикатизация может быть двух- и одно-растворной. Двухрастворная силикатизация заключается в последовательном нагнетании в грунт сначала водного раствора силиката натрия (жидкого стекла), а затем хлористого кальция, которые в результате химической реакции образуют гель кремниевой кислоты, гидрат окиси кальция (известь) и хлористый натрий. При этом прочность грунта достигает проектного значения.

Замораживание применяют в водонасыщенных грунтах (плывунах) при возведении фундаментов, сооружении шахт и др. Для замораживания грунта по периметру котлована погружают замораживающие колонки из труб, соединенные между собой трубопроводом, по которому нагнетают охлаждающую жидкость- рассол с температурой -20...-25 °С. Существенными недостатками метода являются временный эффект замораживания, длительный процесс оттаивания, необходимость разрабатывать весьма прочный мерзлый грунт. Однако технология замораживания хорошо отработана и способ широко применяется.