Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Решение комплексных проблем по разработке метода контроля качества производства работ по усилению грунтов основания
.pdf
51
Рис. 3.6. Схема цементации основания
Используя «манжетную» технологию при нагнетании цементного
раствора в закрепляемое основание и избыточное давление до 0,4…0,5 мПа,
представляется возможным закреплять мелкие и пылеватые пески с
образованием «гидравлических разрывов» в грунте. На представленной схеме
приняты обозначения: 1 – инъектор; 2 – гидравлический разрыв заполненный
цементным раствором; 3 – закрепленный массив основания.
Контроль качества работ
Качество выполняемых работ по цементации трещиноватых и
кавернозных скальных и гравелистых грунтов контролируется в процессе
производства работ в соответствии с проектной документацией. На тех
участках, где по данным лабораторного испытания цементация была выполнена
неудовлетворительно, производится повторная цементация через
дополнительные скважины, местоположение которых определяется
результатами приемки работ. При приемке работ по цементации грунтов
необходимо представить акты лабораторного испытания образцов, а также
применяемых материалов и журнал производства работ.
Один наиболее распространенных способов цементации грунта –
струйная цементация грунтов («jet grouting») – метод закрепления грунтов,
основанный на одновременном разрушении и перемешивании грунта
высоконапорной струей цементного раствора. В результате струйной
цементации грунта в нем образуются цилиндрические колонны диаметром
600—2000 мм.
52
Порядок производства работ (рис. 3.7):
1. Бурение лидерной скважины диаметром 112-132 мм до проектной
отметки (прямой ход).
2. Подъем буровой колонны с вращением и одновременной подачей струи
цементного раствора под давлением до 500 атм. (обратный ход).
3. Погружение в тело незатвердевшей грунтобетонной колонны
армирующего элемента.
Рис. 3.7. Технологическая схема по струйной цементации грунтов
Во время прямого хода производят бурение лидерной скважины до
проектной отметки. Буровой раствор поступает через открытый прямой клапан
в буровой наконечник для удаления шлама в процессе бурения. В качестве
бурового раствора используется вода, бентонитовый или цементный раствор.
В процессе обратного хода в сопла монитора, расположенного на нижнем
конце буровой колонны, подают под высоким давлением цементный раствор и
начинают подъем колонны с одновременным ее вращением.
53
Технологическое оборудование
Так как разрушение и замешивание грунта требует высоких значений
кинетической энергии струи раствора, для реализации схемы струйной
цементации необходимо применение мощного высоконапорного
цементировочного насоса. Практика показала, что давление нагнетания должно
составлять от 400 до 700 атм., а мощность двигателя должна быть не ниже 350
л. с.
Другой важной частью технологического оборудования для цементации
грунта является монитор, оснащенный соплами. Назначение сопел –
преобразование высокого давления раствора, развиваемого цементировочным
насосом, в кинетическую энергию струи. В связи с высокими абразивными
свойствами цементного раствора сопла изготавливаются из специального
металлокерамического состава.
При выполнении работ применяется современное буровое и насосное
оборудование немецкого и итальянского производства: буровые установки
PSM-20; автоматические миксерные установки GM-22. Производительностью
22 м³ раствора в час; силоса для цемента ёмкостью до 45 т; автоцементовозы.
Преимущества технологии струйной цементации грунтов: высокая
скорость работ за счет малого диаметра бурения скважин; выполнение работ в
стесненных условиях (высота от 2 м, ширина от 1,5 м); отсутствие
динамических воздействий.
С помощью технологии струйной цементации грунтов возможно решение
следующих задач: подпорные стены и ограждение котлованов; усиление всех
типов фундаментов; противофильтрационные завесы и экраны; армирование
грунтов и геомассив; закрепление грунтов при проходке тоннелей и
строительстве автодорог; укрепление откосов и склонов; разъединительные
стенки влияния деформаций; устройство буровых свай; контролируемое
заполнение подземных выработок и карстовых пустот; заглубление подвалов и
надстройка зданий.
54
По сравнению с традиционными технологиями инъекционного
закрепления грунтов струйная цементация позволяет укреплять практически
весь диапазон грунтов - от гравийных отложений до мелкодисперсных глин и
илов.
Другим важным преимуществом технологии струйной цементации (jetgrouting) является чрезвычайно высокая предсказуемость результатов
укрепления грунтов. Это дает возможность уже на этапе проектирования и
заключения подрядных договоров достаточно точно рассчитать геометрические
и прочностные характеристики создаваемой подземной конструкции (свая,
участок подпорной стенки и т.д.), а соответственно – трудозатраты, материалы
и стоимость подрядных работ.
Контроль качества и приемка работ:
− приемка работ до цементации производится на основании данных
опробования грунтов через контрольные скважины, изучения технической
документации работ (буровых и цементационных журналов), а также актов
лабораторного испытания применяемых материалов;
− сроки выполнения контрольных работ, количество контрольных
скважин и условия, определяющие качество выполнения работ,
устанавливаются проектом;
− на участках, где выполненная цементация будет признана
неудовлетворительной, производится цементация через дополнительные
скважины, местоположение которых и количество устанавливаются при
приемке работ.
Перед началом работ все рабочие должны быть проинструктированы по
технике безопасности и противопожарной безопасности и специальным
указаниям по цементации, изложенным в проекте.
Силикатизацию грунтов выполняют в соответствии с проектом
организации и производства работ. Проект составляют на основу комплекса
изысканий по закрепляемому массиву, включающего инженерно-геологическое
55
и гидрогеологическое исследование пород. При изысканиях отбирают образцы
грунта, изучая по ним его физико-механические свойства и минеральный
состав, определяют уровень грунтовых вод, направление и скорость движения
их, коэффициент фильтрации грунта и его пористость, химический состав
грунтовых вод и т. д.
В проекте по силикатизации должны быть установлены размеры
закрепляемого массива, расположение инъекторов в плане и глубина их
погружения, состав смесей растворов, режим давления и продолжительность
нагнетания на каждой заходке, общий объем закачиваемых растворов, а также
объем их на одну заходку, схема производства работ, календарный план и др.
При большом объеме работ проводят опытное закрепление грунта через
три -пять инъекторов для уточнения радиуса упрочнения, состава смесей
растворов и режима нагнетания их в грунт.
Работы по силикатизации включают в себя монтаж оборудования и
коммуникаций, приготовление раствора рабочей концентрации, забивку и
извлечение инъекторов, нагнетание раствора и контроль за качеством
упрочнения массива.
К работам по силикатизации приступают лишь после опробования в
производственных условиях оборудования, установок и коммуникаций.
На рабочее место доставляют концентрированный раствор силиката
натрия плотностью 1420-1450 кг/м3, разбавляя его здесь в емкости объемом 2-5
м3 до нужной концентрации водой в количестве, определяемом по формуле.
Инъекторы располагают по всей закрепляемой площади рядами с
чередованием их в рядах в шахматном порядке (рис. 3.8). Расстояние между
инъекторами в рядах принимают равным: а=1,75R.
По мере забивки инъектор наращивают глухими звеньями труб.
Отклонение инъектора от вертикали при забивке не должно превышать
20% проектного расстояния между инъекторами.
56
Рис. 3.8. Пересечение зон закрепления
а- в плане; б- в разрезе; I- длина перфорированной части инъектора
Расстояние между рядами: b=1,5R.
Расшатывание инъектора при забивке недопустимо, так как это ведет к
образованию полости в затрубном пространстве и к выходу через нее раствора
на поверхность земли. Для забивки наклонных инъекторов применяют
направляющие шаблоны.
В песчаные грунты инъектор забивают обычно на глубину 12-15 м и в
отдельных случаях на глубину до 30 м, в гравелистые грунты его забивают на
глубину не более 3-4 м.
При необходимости закрепления грунта на глубину более 15 м инъекторы
погружают в скважины, предварительно пробуренные до отметки, находящейся
на 2-3 м выше отметки подошвы закрепляемого массива.
Раствор нагнетают в грунт заходками, размер которых равен длине
перфорированного звена инъектора плюс 0,5 радиуса закрепления. При
закреплении однородных по проницаемоcти грунтов работы ведут заходками
сверху вниз. Если коэффициент фильтрации грунта увеличивается с глубиной,
работы ведут заходками снизу вверх. В неоднородных слоистых грунтах,
коэффициенты фильтрации которых различаются более чем на 30%,
силикатизацию ведут по слоям в порядке уменьшения их проницаемости.
57
Существуют три способа нагнетания раствора при двухрастворной
силикатизации грунта: последовательный, последовательно-совместный и
совместный.
Последовательный способ применяют при скорости движения грунтовых
вод до 1 м/сут. При этом способе инъектор забивают на глубину первой
заходки и через него под давлением инъецируют в грунт расчетный объем
жидкого стекла. Затем инъектор погружают на глубину следующей заходки и
вновь нагнетают в грунт жидкое стекло, продолжая так до достижения
проектной глубины закрепления массива грунта. После этого инъектор
извлекают, забивая вместо него на глубину последней заходки другой
инъектор, который перемещают снизу вверх по заходкам, нагнетая через него в
грунт необходимый объем раствора хлористого кальция.
Последовательно-совместный способ применяют при скорости движения
грунтовых вод 1-3 м/сут. При этом способе на глубину каждой заходки
забивают сначала один инъектор, нагнетая через него в грунт расчетный объем
жидкого стекла, а затем после его извлечения второй инъектор, через который в
грунт нагнетают необходимый объем раствора хлористого кальция.
Поочередную забивку и извлечение инъекторов с нагнетаннем обоих растворов
по заходкам производят до достижения у проектной глубины силикатизации.
Этим способом можно закреплять грунт, ведя работы заходками и снизу
вверх, что исключает необходимость проходки зон закрепленного грунта. Для
этого первый инъектор забивают сначала на полную глубину закрепляемого
массива и начинают нагнетание растворов с нижней заходки.
При последовательно-совместном способе грунт в каждой заходке
закрепляется быстрее, так как разбавление и вынос жидкого стекла водой
уменьшаются. В связи с этим этот способ можно применять при большей, чем
первый способ, скорости движения грунтовых вод.
Перерыв между нагнетанием жидкого стекла и раствора хлористого
кальция не должен быть более указанного ниже.
58
Объем раствора q, л, затрачиваемого на одну заходку, определяют по
q=R2Lna,
(3.1)
формуле:
где R - радиус закрепления, м;
L- длина заходки, м;
n-пористость грунта, %;
а - коэффициент, равный для песков – 5, для плывунов – 12, для лёссов – 8.
При совместном способе нагнетания растворов в грунт забивают сразу
два инъектора на расстоянии 0,15-0,2 м друг от друга. Рекомендуется забивать
инъекторы вначале на полную глубину закрепляемого массива, начиная
нагнетание с нижней заходки. Сначала через инъектор, расположенный выше
по течению грунтовых вод, нагнетают жидкое стекло, а спустя некоторое время
(10-15 мин.), необходимое для перемещения жидкого стекла, через второй
инъектор нагнетают раствор хлористого кальция. Растворы нагнетают в грунт
равномерно, медленно, с расходом 1-5 л/мин., расход раствора приведен в
табл. 3.5.
Таблица 3.5
Б. Р. Троицкий и В. П. Ананьев, учитывая особенности взаимодействия
лёссовых грунтов с жидким стеклом, считают, подтверждая это
производственными исследованиями, что наибольший эффект силикатизации
получается при нагнетании раствора с переменным расходом - от нуля до 80
59
л/мин. Верхний предел зависит от физико-механических характеристик
W = 5Vn;
(3.2)
W = 12V;
(3.3)
закрепляемого грунта. Постепенное увеличение расхода исключает разрушение
лёссовых грунтов, так как образующиеся в первоначальный момент нагнетания
раствора на поверхности минеральных частиц пленки стабилизируют структуру
грунта, придавая ему необходимую прочность. Такая схема производства работ
ускоряет в 4-5 раз процесс силикатизации лёссовых грунтов и уменьшает
примерно в 2 раза расход раствора. Рядом исследований установлено, что при
постоянном расходе жидкого стекла (до 5 л/мин.) только 50% его участвуют в
закреплении лёссового грунта.
При силикатизации мелких и пылеватых песков, а также лёссов растворы
нагнетают сначала во внешний ряд инъекторов, а затем во второй ряд и т. д.
При упрочнении крупных и средней крупности песков жидкое стекло и
раствор хлористого кальция нагнетают сначала в нечетные ряды инъекторов, а
затем в четные, или наоборот.
Давление инъекции, зависящее от глубины закрепления и плотности
грунта, должно обеспечивать заданные расходы раствора. Обычно крупные и
средней крупности пески закрепляют при давлении не выше 1,5 МПа, а
лёссовые грунты, мелкие и пылеватые пески - при давлении не выше 0,5 МПа.
Растворы можно нагнетать только при положительной температуре
грунта в зоне упрочнения. При температуре наружного воздуха ниже плюс 15°
С растворы подогревают до температуры плюс 40° С.
Общий объем растворов W, л, необходимый для силикатизации грунтов
(рис. 3.9), Б. А. Ржаницын рекомендует определять по следующим формулам:
а) объем жидкого стекла для закрепления песков объем раствора
хлористого кальция должен быть таким же, как и объем жидкого стекла:
б) объем гелеобразующей смеси для закрепления мелких и пылеватых
песков:
60
в) объем жидкого стекла для закрепления лёссовых грунтов:
W = 8Vn,
(3.4)
где V- объем закрепляемого массива грунта, м3;
n - пористость грунта, %.
В табл. 3.6 приведены данные Гидроспецстроя о расходе основных
материалов и затратах при силикатизации аллювиальных отложений с
коэффициентом фильтрации 2-7 м/сут.
Таблица 3.6
При малой глубине погружения инъектора его можно извлекать вручную,
при глубине погружения более 4-5 м - с помощью тали, а в стесненных
условиях - домкратами. Используемое при силикатизации оборудование
(насосы, шланги, баки) периодически во время работы и после ее завершения
промывают горячей водой. Инъекторы после извлечения из грунта прочищают
металлическим ершом и промывают горячей водой. После извлечения
инъекторов скважины ликвидируют, тампонируя их цементным раствором
состава цемент: песок = 1 :
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]