Jet grouting расход цемента

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. В том случае, если повышенный вес постройки требует дополнительно усиленной опоры, возможно применение системы Jet-2, позволяющей создавать сваи большего диаметра.

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.

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.

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

Струйная цементация грунтов Jet Grouting

Струйная цементация грунтов Jet Grouting — это метод укрепления грунта, который в отличие от классических форм цементирования, при которых цементный раствор проникает в почву под не большим давлением, использует высокую кинетическую энергию в виде высокоскоростной струи цементного раствора для разрушения почвы и одновременного смешивания цементного раствора с грунтом. В результате образуется свая состоящая из грунта и цементного раствора, обладающая высокими прочностными и деформационными характеристиками.

Размер колоны полученной в результате струйной цементации грунтов зависит от типа грунта, плотности грунта, давления и расхода цементного раствора, скорости вращения, скорости подъема и типа используемой системы, Jet-1, Jet-2, Jet-3.

Область применения струйной цементации

Технология струйной цементации грунтов Jet Grouting применяется для повышения прочности почвы и уменьшения деформации грунта, а также для снижения водопроницаемости грунта.

Струйная цементация может использоваться для следующих видов буровых работ:

  • Усиление всех типов фундаментов
  • Противофильтрационные завесы при строительстве котлованов в обводнённых грунтах
  • Закрепление грунтов по периметру туннелей
  • Укрепление откосов и склонов
  • Закрепление слабых и обводнённых грунтов при строительстве колодцев и коллекторов.
  • Подпорные стены и ограждение котлованы
  • Фундаменты гражданских и промышленных зданий и сооружений
  • Укрепление фундаментов существующих зданий
  • Устройство ленточного фундамента
  • Армирование грунтов
  • Заполнение подземных выработок и карстовых пустот

Преимущества струйной цементации

Несомненным преимуществом струйной цементации является то, что она может быть эффективной во всех типах грунтов начиная от песков, глин и заканчивая щебенистыми грунтами. В отличие от классических методов цементации, которые основаны на проницаемости через пустоты присутствующие во многих грунтах, струйная цементация разрушает окружающий грунт и перемешивает его с цементным раствором создавая при этом прочные грунтоцементные колонны. Инъекция может начинаться практически на любой глубине и завершаться на любом уровне ниже поверхности земли, в зависимости от необходимости укрепления грунта.

Основные преимущества технологии струйная цементация:

  • Возможность работы в различных грунтах (песок, глина, ил, гравий)
  • Возможность проводить цементацию на любой глубине, ниже устья скважины
  • Высокая скорость сооружения свай
  • Отсутствие вибрации и ударных нагрузок
  • Цементацию можно производить вертикально, горизонтально и наклонно относительно поверхности грунта.
  • Возможность работать в стеснённых условиях, в том числе и внутри зданий
  • При строительстве котлованов в обводнённых грунтах, подпорные стены и дно не пропускают воду в котлован, выполняя роль противофильтрационной завесы.

Оборудование для струйной цементации

Оборудование для производства работ по технологии струйная цементация:

  • Буровая установка
  • Трёхплунжерный насос высокого давления
  • Смесительная установка
  • Силос
  • Бак для воды
  • Компрессор (для Jet-2, Jet-3)
  • Буровая установка

Основным отличием буровых установок для струйной цементации от буровых установок работающих по другим технологиям, является наличие проходного вращателя, длинной мачты, таймера скорости подъёма и регулировки скорости вращения. Оптимальным выбором может стать буровая установка MDT 180, способная справится с большинством проектов имея в своём оснащении проходной вращатель и мачту с возможностью бурить скважины глубиной 21 метр за один проход без демонтажа и до стыковки штанг.

  • Трёхплунжерный насос высокого давления

Среди насосов струйной цементации наиболее надёжными и качественными являются насосы производства компании Tecniwell. Модель Tecniwell TW 352 и TW400 способным выполнить большинство работ по струйной цементации и поэтому считаются самыми универсальными моделями. Трёхплунжерный насос Tecniwell TW 400 создаёт давление до 800 бар, расход цементного раствора до 580 литров в минуту.

Цемент и вода поступают в смесительную установку, где перемешиваются в необходимой пропорции. Среди смесительных установок стоит обратить внимание на Tecniwell TWM 20 рассчитанную на приготовление цементного раствора до 20 м3 в час. Растворный узел замешивает цементный раствор в необходимой пропорции, и подаёт их по рукавам высокого давления к трёхплунжерному насосу и далее к буровой установке.

Для большинства работ достаточно компрессора с производительностью 12 м3/час и давлением 10 бар.

Цементный раствор подаётся по рукавам высокого давления, рассчитанным на рабочее давление от 400 бар и выше. Гайка РВД фиксируются на цементном вертлюге, обеспечивающем свободное вращение бурового инструмента. Буровые штанги различны для технологий Jet-1, Jet-2, Jet-3 и отличаются количеством секций внутренней трубы. По буровым штангам раствор подаётся к монитору и через форсунки выходит наружу.

Диаметр форсунок может быть выбран от 1,5 до 5 мм в зависимости от типа грунтов, а также формы и размера требуемой грунтоцементной колонны.

Разновидности технологий Jet Grouting

Существует три разновидности технологии струйная цементация; Jet-1, Jet-2 и Jet-3.

Однокомпонентная технология Jet-1

Однокомпонентная технология самая простая, цементный раствор проходит через буровые штанги и выходит через форсунки, установленные в мониторе. Энергия цементной струи разрушает грунт и замещает её смесью цементного раствора и грунта, образуя при этом однородную массу. Технология Jet -1 наиболее эффективна в несвязных грунтах. Диаметр сваи, выполняемой по однокомпонентной технологии, может максимально достигать 1000 мм.

Двухкомпонентная технология Jet-2

Двухкомпонентная технология – это одновременная подача цементного раствора и воздуха через двустенные буровые штанги. Система Jet-2 позволяет выполнять сваи большего диаметра чем однокомпонентная технология. Данная система более эффективна в связных грунтах. Диаметр сваи, выполняемой по технологии Jet-2, максимально может достигать 2500 мм.

Трёхкомпонентная технология Jet-3

Трёхкомпонентная технология является самой сложной системой струйной цементации из-за одновременного впрыска трех разных компонентов, воздуха, воды и цементного раствора. Все три компонента подаётся по специальным, тройным буровых штангам. В данной технологии разрушение грунта происходит за счёт струи воды и воздуха, а цементный раствор подаётся из форсунок, расположенных ниже и пи подъёме, постепенно поднимает на поверхность размытый грунт. В результате этого готовые сваи в своём составе содержат меньшее количество грунта и большее количество цементного раствора. Диаметр сваи, выполняемой по технологии Jet-3, максимально может достигать 3000 мм.

Процесс бурения по технологии струйная цементация

Прежде чем разместить буровую на точку бурения, необходимо убедиться в том, что грунт ровный, устойчивый, способный выдержать вес буровой установки . Выполняется разбивка скважины, поле чего буровая установка подъезжает к скважине, центр долота должен быть расположен над колышком разбивки скважины. Перед началом бурения необходимо привести мачту буровой установки в вертикальное положение проверив вертикальность по уровню.

Струйная цементация выполняется два этапа: бурение и цементация. Производится лидерное бурение скважины до проектной отметки. В качестве бурового инструмента по мягким грунтам могут использоваться буровые долота различных классификаций; двухлопастные, трёхлопастные, пикообразные. Для бурения твердых грунтов и строительного мусора, могут использоваться трёхшарошечные долота.

Во время бурения через монитор постоянно подаётся вода под давлением до 50 бар, которая размывает грунт подготавливая его к цементации. По достижении проектной отметки цементный раствор от растворного узла подаётся к буровой установке под большим давлением и начинается процесс цементации скважины.

Во время подъёма бурового инструмента с монитором должна быть соблюдены определённые условия, от которых будет зависеть профиль сваи и качество выполнения работ.

1. Скорость вращение
2. Скорость подъёма
3. На сколько секунд монитор должен остановиться
4. Шаг подъёма монитора
5. Рабочее давление подачи цементного раствора
6. Объём цементного раствора в минуту
7. Соотношение воды и цемента в 1 м3

Данные параметры рассчитывается во время разработки проекта и подтверждается экспериментально перед началом бурения свайного поля.

Нагнетание цементного раствора под давлением осуществляется одновременно с подъёмом колонны штанг. Именно во время фазы подъёма, за счёт постоянной величины давления, скорости подъёма и вращения колонны штанг, можно получить объём будущей сваи необходимой формы и размера. Поле того, как буровые штанги будут подняты на проектный уровень, цементация завершается, и буровая установка переезжает на следующую сваю. При наличии боковых нагрузок, свая может быть армирована двутавром, стальной трубой или железобетонной сваей.

Возможные формы свай

Технология струйной цементации позволяет получать сваи различных форм и сечений.

По вопросам выполнения буровых работ по технологии струйная цементация грунтов Jet-Grouting, просим связаться с нами используя контакты указанные ниже.

Источник

 Построй сам