Укрепление фундаментов методом струйной цементации грунтов

Системы струйной цементации Jet-1, Jet-2, Jet-3: особенности и отличия

Струйная цементация – методика закрепления породы нового поколения, позволяющая значительно упростить процесс строительства на нестабильных, обводненных и нарушенных породах. Каковы преимущества техники Jet Grouting, в чем отличия представленных на рынке систем цементации и какой отдать предпочтение для конкретного проекта?

Появление струйной цементации позволило открыть новые перспективы в строительстве на участках с проблемными геологическими условиями, а также добиться значительного снижения финансовых рисков при возведении различных объектов на нарушенных породах.

В каких случаях требуется укрепление грунта?

• Необходимость улучшить характеристики грунта в пределах пятна застройки;
• Обустройство противофильтрационных сооружений для защиты от подземных вод;
• Создание туннелей и других подземных объектов;
• Укрепление опорных конструкций в ходе ремонта и возведения зданий;
• Укрепление откосов, берегов водоемов.

Укрепление грунта представляет собой изменение его физико-механических свойств под воздействием нагнетаемого инъекционного раствора. Результатом применения технологии становится трансформация породы в грунтоцементный массив, обладающий высокой прочностью и противофильтрационными характеристиками.

Методы закрепления подразделяются по типу раствора (цементация, силикатизация, смолизация), а также по методу введения стабилизирующей смеси в породу (инъекционный способ и струйная цементация).

Нагнетание стабилизирующего раствора по инъекционной технологии проходит под небольшим давлением (до 20 атм.), для ввода раствора в грунт используются забитые в породу перфорированные трубы-инъекторы либо скважины (рис. 1).

Рис. 1. Инъекционная цементация через скважины, распространение стабилизирующего раствора по трещинам породы.

Каковы недостатки инъекционного укрепления?

• Использование инъекционного метода возможно лишь на породах, обладающих достаточно большим коэффициентом фильтрации (от 0, 2 м/сут);
• При закреплении трещиноватых грунтов стабилизирующий раствор может распространяться на десятки метров, что ведет к непредсказуемым увеличениям расходов на строительство;
• Результат инъекционного закрепления во многом зависит от характеристик породы и ее внутренней структуры (наличия включений, полостей, трещин), в связи с чем инъекционная методика не позволяет создать равномерно укрепленную грунтовую основу под крупное сооружение.

В чем преимущество струйной цементации в сравнении с инъекционной?

Методика Jet Grouting начала применяться в Японии и ряде европейских стран во второй половине XX века. За несколько десятилетий прогрессивная технология стала использоваться во всем мире и на сегодняшний день задействуется как в гражданском, так и в промышленном строительстве.

Струйная цементация сочетает в себе достоинства инъекционных технологий (эффективность, возможность проведения работ в ограниченном пространстве, вблизи построек) и такие специфические плюсы, как:

• Возможность работы с грунтами с любым коэффициентом фильтрации и структурой, включая песок, гравий и суглинок;
• Возможность создания монолитного грунтоцементного массива, обладающего предсказуемыми и стабильными характеристиками, не зависящими от типа породы.

Грунтоцемент, созданный по методике Jet Grouting, обладает искусственно созданной равномерной консистенцией и установленными свойствами (коэффициент фильтрации, коэффициент сжатия и т.п.), благодаря чему уже во время проектирования можно добиться высокой точности расчетов и свести к минимуму риск неправильной осадки. Из-за особенностей технологии созданный в ходе струйной цементации грунтоцемент имеет форму круглых в сечении свай (рис. 2).

Рис. 2. Процесс строительства противофильтрационной завесы из грунтоцементных свай.

Как выполняется цементация по методике Jet Grouting

Суть метода Jet Grouting – параллельное разрушение породы и перемешивание грунта и стабилизирующего раствора в формате mix-in-place (англ. «смешивание на месте»). Прогрессивный метод не только отличается эффективностью, но и позволяет экономить ресурсы, одновременно выполняя две технологические операции.

Для армирования породы методом Jet Grouting используется следующий базовый набор оборудования:

• Специализированная буровая установка с буровым шнеком, оснащенным соплами;
• Инъекционный насос для бетона;
• Смесительная станция для производства стабилизирующего раствора.

Буровой инструмент

По своему устройству буровой инструмент для Jet Grouting отличается от стандартной из-за наличия канала для подачи стабилизирующего раствора. Достигнув конца шнека, бетонный раствор подается во внутреннее пространство монитора – специального устройства, соединенного с буровым долотом. Монитор оборудован форсунками, преобразующими энергию высокого давления в кинетическую энергию потока, разрушающего и перемешивающего породу.

Основные этапы укрепления грунтов по методике Jet Grouting

Предварительным этапом работ становится испытания грунтов на участке строительства, необходимое для выявления оптимально подходящей технологии цементации, необходимого состава стабилизирующего раствора, а также глубины бурения. Изготовление грунтоцементных свай (рис. 3) включает в себя следующие шаги:

Рис. 3. Создание грунтоцементной сваи: a – закачка бетона; b – бурение до проектной отметки; c – подача бетона под давлением;d – формирование тела сваи.

1. Приготовление бетонной смеси необходимой консистенции;
2. Тестирование образца грунтобетона на коэффициент фильтрации и соответствие проектной прочности;
3. Закачка стабилизирующей смеси в буровое оборудование;
4. Погружение монитора в грунт до необходимой глубины;
5. Разрушение породы и создание грунтобетона с помощью энергии струи, подаваемой под напором;
6. Извлечение монитора с одновременным созданием тела грунтоцементной сваи.

Чем отличаются системы цементации Jet-1, Jet-2 и Jet-3?

Главное отличие между тремя существующими системами струйной цементации – организация процесса разрушения грунта и создания грунтоцементных свай. Представленное на современном рынке буровое оборудование для Jet Grouting позволяет выполнять разрушение грунта и формирование свай с помощью:

• Подаваемого под напором бетонного раствора (Jet-1);
• Бетонного раствора и воздушной струи (Jet-2);
• Бетонного раствора, воздушной струи и водяной струи (Jet-3).

Рис. 4. Создание грунтоцемента с помощью систем Jet-1, Jet-2 и Jet-3.

С возрастанием сложности методики цементирования растет и максимально возможный диаметр создаваемой грунтоцементной сваи (рис. 5). Добавление к струе бетонного раствора струй воздуха и воды позволяет более эффективно разрушать породу, добиваясь большего объема тела сваи.

Рис. 5. Готовая грунтоцементная свая, замер диаметра с помощью рулетки.

Основными критериями выбора между тремя системами являются тип пород на участке строительства и экономическая эффективность применения конкретной методики цементации. Задействование наиболее дорогостоящей системы Jet-3, требующей использования дополнительного оборудования, оправдано лишь при масштабном строительстве крупных объектов на проблемных грунтах.

Традиционная система Jet-1 применяется наиболее широко, самыми востребованными сферами использования являются создание противофильтрационных завес траншейного типа, укрепление грунтов и гражданское строительство.

Рассмотрим подробнее специфику каждой системы, ее возможности и требуемое оборудование:

Jet-1 (Single Fluid System, однокомпонентная система)

Необходимое оборудование: буровая машина, буровой шнек с каналом для подачи бетонной смеси, насос для Jet Grouting, смесительная станция. Максимальный диаметр свай: до 60 см. в суглинках, до 80 см. в песчаных породах.

Наиболее малозатратный вариант, для реализации требуется оснастить буровое оборудование шнеком с каналом для подачи бетонной смеси. Нагнетание стабилизирующего раствора происходит под давлением до 600 атм., бетонная смесь подается из форсунков в направлении, перпендикулярном ходу движения бурового шнека. В связи с тем, что разрушение породы производится при помощи струи бетонного раствора, в малопроницаемых глинистых породах максимальный размер грунтоцементной сваи уменьшается.

Инструмент для Jet-1

Jet-2 (Double Fluid System, двухкомпонентная система)

Необходимое оборудование: буровая машина, двухканальный буровой шнек, насос для Jet Grouting, воздушный компрессор, смесительная станция.Максимальный диаметр свай: до 110 см. суглинках, до 150 см. в песчаных породах.

Струя бетонной смеси дополнительно усиливается с помощью подачи сжатого воздуха в том же направлении. Для проведения работ требуется специализированный воздушный насос для Jet-2 и буровое оборудование, оснащенное двухканальным шнеком. Подача воздуха производится с помощью воздушных форсунков. Использование энергии сжатого воздуха увеличивает производительность и позволяет создавать сваи большего диаметра. Как и при цементации по технике Jet-1, двойная бетоновоздушная струя подается в боковом направлении, разрушая породу вокруг бурового шнека.

Инструмент для Jet-2

Jet-3 (Triple Fluid System, трехкомпонентная система)

Необходимое оборудование: буровая машина, специализированная буровая штанга с тремя отдельными каналами, насос для Jet Grouting цементный, насос для воздуха, насос для воды, смесительная станция.Максимальный диаметр свай: до 250 см.

Наиболее дорогостоящая и сложная технология, требует применения трехканального бурового шнека и трех разновидностей насосов, а также повышенного расхода цемента. В отличие от перечисленных выше методик, при цементации Jet-3 порода разрушается исключительно с помощью мощной водовоздушной струи, подаваемой перпендикулярно направлению бурения через сопла.

Стабилизирующий раствор подается вертикально через расположенные ниже форсунки, что позволяет исключить примеси в теле сваи и создать объемные бетонные сооружения большого диаметра. На сегодняшний день методика Jet-3 – единственная технология цементации грунтов, с помощью которой можно произвести полное замещение породы бетоном.

Система цементации Jet-3 широко применяется при строительстве на нарушенных грунтах с включениями, карстовыми пустотами и т.д.

Заключение

Подбор технологии цементации грунтов Jet Grouting производится на основе всестороннего анализа геологических особенностей участка, параметров возводимого сооружения и экономической эффективности.

Наименее затратная методика Jet-1 требует применения базового набора оборудования, сравнительно легка в исполнении и оптимально подходит для армирования слабых грунтов, создания завес для защиты от подземных вод, а также укрепления фундаментов.

Большой вес постройки, а также работа на участках, сложенных водоупорными глинистыми грунтами, являются показаниями к использованию системы Jet-2, позволяющей выполнить создание грунтоцементных свай увеличенного диаметра.

Наиболее дорогостоящая и ресурсозатратная система Jet-3 – оптимальный выбор при возведении масштабных сооружений и построек, а также при строительстве на участках с проблемными нарушенными породами.

Источник: http://www.anker-pk.ru/poleznoe/zakreplenie_gruntov/sistemy_struinoy_cementacii/

Цементация грунтов

Необходимость снижения деформаций зданий и сооружений возникает практически повсеместно, за редким исключением не трещиноватых скальных оснований. Существует три основные группы закрепления грунтов: физико-химические, химические и термические.

Учитывая технико-экономические показатели и относительную простоту производства работ, наибольшее распространение получило именно физико-химическое закрепление грунтов путем цементации грунтов. Очевидно, что цементация грунтов – это введение в грунт цементного раствора.

Но не всем известно, что одни методы цементации грунтов подразумевают лишь заполнение полостей в грунте (промоины, выгнивание современных грунтов с органикой и т.п.

), в то время как другие подразумевают перемешивание цементной смеси с грунтом, образуя однородный массив с заданными характеристиками, обеспечивающий соблюдение расчетных деформаций здания.

Цементация грунтов является эффективным решением при:
• усилении фундаментов;
• проявлении признаков просадки здания (трещинах в стенах, выявлении разности осадок),
• предстоящем увеличении нагрузки (при надстройке этажей, или пристройке смежного здания);
• необходимости повышения физико-механических свойств грунтов в зоне планируемого строительства
• закреплении просадочных, или карстовых грунтов;
• при попадании в зону высокоподвижного грунта («плывуна») в ходе подземного строительства и проч.

Проектирование цементации грунтов

При проектировании цементации грунтов в обязательном порядке определяют:
1. Зоны закрепления и требуемую несущую способность грунтов.

Расчетным путем определяют зону и степень влияния здания на грунт. В случае необходимости уменьшения осадок здания (или остановки дальнейших осадок существующего здания) при фактическом геологическом строении, в расчет закладывают повышенные физико-механические свойства некоторых зон грунта, что в последующем обеспечивается выполнением цементации грунтов.

Рисунок 1. Расчет напряжений в грунте.

Рисунок 2. Моделирование деформаций здания.

2. Метод цементации грунтов.

Способ введения цементного раствора в грунт определяют в зависимости от глубины и массивности закрепляемого участка, степени усиления грунтов, окружающей застройки и других факторов.

Методы цементации грунтов могут сильно отличаться как по эффективности проводимых мероприятий, так и по скорости и стоимости выполняемой работы.

Самые «бюджетные» методы цементации грунтов подразумевают ручное бурение скважин, установку самодельных инъекторов из перфорированных труб и применение неспециализированных низкоэффективных механизмов, что отрицательно сказывается на производительности труда, а самое главное – на качестве выполняемой работы.

Как правило, такие мероприятия обеспечивают лишь заполнение пустот в грунте, но не позволяют задать требуемые физико-механические свойства грунтам и спрогнозировать дальнейшие осадки сооружения. Современные же методы цементации грунтов подразумевают применение специализированной техники, обеспечивающей высокую производительность и надежное прогнозирование результата работ при сопоставимых стоимостях.

3. Состав и расход вводимого в грунт раствора.

В зависимости от решаемой задачи, геологических условий, способа цементации и климатических условий строительной площадки, подбирается состав раствора для цементации грунтов. В цементном растворе регулируется не только марка цемента и водоцементное отношение, но и могут быть применены композиции пластификаторов, ускорителей, фибры и других компонентов для достижения требуемых характеристик. Расчетный расход вводимой в грунт цементной смеси так же зависит от фактических геологических условий и технологии цементации грунтов.

4. Контроль качества выполненной работы.

Основным способом контроля качества выполненной работы по цементации грунтов, является испытание физико-механических свойств закрепленного массива грунта. Такие испытания могут быть проведены как на отобранных образцах (монолитах, кернах) в специализированной лаборатории, так в полевых условиях с применением штампов (металлической «пятки» на которую прикладывается нагрузка и замеряются ее осадки).

Струйная цементация грунтов

В большинстве случаев, наиболее эффективным способом цементации грунтов является технология струйной цементации грунтов, так же широко известная в ее английском наименовании — jet grouting.

Технология струйной цементации грунтов (jet grouting) заключается в устройстве грунтоцементных свай с определенным шагом, или сплошным массивом, путем впрыска цементной смеси в грунт при обратном ходе буровой головки.

Рисунок 3. Принцип технологии струйной цементации.

В результате образуются грунтоцементные сваи диаметром до 3 метров каждая, с обеспечением прочности соответствующей бетонам В7,5-В15 (в зависимости от расхода цемента). При необходимости, в еще не схватившуюся смесь, может быть опущен арматурный каркас.

Рисунок 4. Подача воды через Jet-мониторы.

Рисунок 5. Схема оголовков jet grouting, в зависимости от модификации.

Комплекс для выполнения работ по струйной цементации грунтов включает в себя буровую установку для jet grouting, высоко производительные цементную и компрессорную станции, а также цементные силосы.

Рисунок 6. Комплекс струйной цементации грунтов.

Рисунок 7. Комплекс струйной цементации грунтов на объекте.

В ходе выполнения работ по струйной цементации грунтов, оператору установки jet grouting непрерывно поступают данные о работе станции, позволяющие специалисту оперативно реагировать и обеспечивать требуемые технологией параметры.

Рисунок 8. Информация с бортового компьютера установки jet grouting.

К преимуществам технологии струйной цементации грунтов (jet grouting) относятся:
• высокая производительность выполнения работ;
• безальтернативная возможность цементации на отдельных участках толщи грунта, что существенно снижает объемы цементации и земляных работ по сравнению с традиционными методами, а также дает возможность выполнения работ как выше, так и ниже отметок воды;
• уникальная высокое качество выполнения работ по цементации грунтов;
• отсутствие вибраций и сильного шума, что позволяет работать в условиях жилых районов;
• существуют малые установки jet grouting проходящие в стандартные дверные проемы, что позволяет выполнять работы внутри зданий.

Усиление фундаментов

Технология струйной цементации широко применяется для усиления фундаментов существующих зданий.

Рисунок 10. Схема усиления фундаментов по технологии jet grouting.

Мобильность установки для струйной цементации, а также высокая подвижность ее буровой мачты, позволяют выполнять усиление фундаментов существующего здания даже в условиях плотной городской застройки, без раскопки усиливаемых фундаментов, вибраций и шума.

Рисунок 11. Усиление фундаментов по технологии jet grouting.

Рисунок 12. Усиление фундаментов по технологии jet grouting изнутри здания.

Технология струйной цементации грунтов (jet grouting) обеспечивает высокие технико-экономические показатели при выполнении работ по:
• усилению фундаментов;
• закреплению оснований существующих зданий;
• закреплению обводненных грунтов;
• устройству подпорных стен и ограждения котлованов;
• выполнении противофильтрационных завес;
• заглублению сооружений;
• снижению деформативности грунтов для нового строительства.

Если Вам нужно выполнить Цементацию грунтов — позвоните нам и мы проконсультируем Вас и поможем составить план решения Вашей задачи.

Источник: http://www.sigma-f.ru/cementaciya-gruntov.php