Меню

Цементный раствор для цементации грунта



Что такое цементация грунта? Технология выполнения укрепительных работ

Струйная цементация грунтов – это физико-химическое закрепление с целью создания окаменевшего основания. Проще говоря, данная технология позволяет создавать, укреплять или выравнивать фундаментные основания без рытья котлованов и откапывания существующих конструкций.

Струйная цементация (технология jet grouting) позволяет производить закладку фундаментного основания в условиях строительства вблизи других построек, когда рытье котлована невозможно. Так же, с помощью данной технологии, можно укрепить фундаменты существующих зданий, не нанося им никакого вреда. Работы могут производиться в различных условиях, при сесмически активных почвах, близком залегании природных вод и т.д.

1 Основные понятия

Струйная цементация грунтов (в переводе jet grouting) – наиболее старая технология, позволяющая произвести такое закрепление грунта.

Применять ее начали для укрепления рыхлых, крупнопесчаных, крупнообломочных почв. Дело в том, что рыть котлован на песке – вообще задача неблагодарная.

В условиях же крупнообломочных каменистых грунтов попытка нарушения целостности грунта (особенно это касается горных районов) вообще может привести к катастрофическим последствиям, типа оползней.

Применение метода струйной цементации для закрепления фундамента

Такое положение дел вряд ли бы порадовало застройщиков, поэтому пришлось изобретать метод, позволяющий произвести закрепление без нарушения целостности почвы.

Технология jet grouting заключается в том, что в почву вертикально вводятся специальные трубкоинъекторы (труба с отверстиями, диаметром 2-4 мм), через которую под большим давлением подается смесь воды и цемента (цементное молоко).

Вода под давлением производит гидроразрыв земельного основания, заполняя трещины цементной смесью.

Лишняя вода постепенно выдавливается на поверхность. Раствор же постепенно застывает и образует с почвой прочную неразмываемую смесь – грунтобетон.

Результат выполненных работ по закреплению грунта основания струйной технологией после откопки

Если закрепление грунта производится на небольшой глубине, инъектор забивают в землю. При работе на больших глубинах, его погружают в заранее пробуренную скважину.

1.1 Положительные и отрицательные стороны

Данный метод хорошо известен в кругу профессиональных застройщиков и архитекторов. Он имеет множество положительных особенностей. Что же касается его негативных сторон, то они больше связаны с невозможностью применения в бытовой сфере.

1.2 Плюсы струйной цементации

  1. Данная технология позволяет осуществлять закрепление грунтов практически без нарушения их целостности и без динамического воздействия на них. Благодаря этому jet grouting может использоваться для укрепления горных районов, реконструкции старых зданий, проведения работ в условиях плотной городской застройки.
  2. Оказывает на землю комбинированное воздействие. Во-первых, возникают новые и уплотняются старые межчастичные связи. Во-вторых, производится уплотнение основания под высоким давлением. В-третьих, в земле закладываются высокопрочные вертикальные сваи из грунтобетона на заданном расстоянии, а так же возникают хаотичные грунтобетонные горизонтальные прослойки.
  3. Закрепление основания таким способом позволяет достигать его высокой прочности.
  4. Данная технология позволяет практически полностью предотвратить проседание грунта.
  5. Дает возможность исправлять крены высотных зданий.
  6. Работы могут производиться на любых почвах как выше, так и ниже грунтовых вод.
  7. Цементация позволяет производить работы без проведения каких-либо отходов. Следовательно она может применяться для создания или укрепления саркофагов высокотоксичных или радиационных отходов без их выхода на поверхность, а так же с минимальным контактированием рабочих.

к меню ↑

1.3 Минусы цементации

Ранее к минусам jet grouting относили отсутствие возможности выполнения работ на грунтах высокой плотности. Однако новые технологии, применяющие микро гидроразрывы, позволяют производить закрепление абсолютно любых грунтов.

Цементация грунта производится только специальной техникой

Поэтому к недостаткам можно отнести лишь то, что данный метод не может быть использован в бытовых условиях, по крайней мере, самостоятельно. Цементация требует специального оборудования, навыков, затрат финансов и времени, а так же предварительной сейсморазведки. От особенностей грунта зависит давление и состав подаваемой жидкости.

Читайте также:  Цементное молоко для бетононасоса

2 Порядок выполнения работ

Технология струйной цементации грунтов, как уже говорилось ранее, позволяет производить закрепление любых грунтов в любых условиях.

Диаметр грунтобетонных свай, в зависимости от особенностей грунта и нужд застройщика, может находиться в пределах от 60 см до 2 метров.

Остановимся подробнее на порядке выполнения работ:

  1. На первом этапе нужно произвести погрузку инъектора в грунт. Если того позволяет структура грунта и глубина цементации, инъектор вбивают без бурения скважины. Если же нет, производится бурение скважины диаметром 112 мм глубиной, соответствующей проектной отметке.
  2. При подъеме инъектора вверх, через отверстия в конусной насадке под давлением до 600 атмосфер подается цементная суспензия. Пропорции смешивания цемента и воды находятся в пределах от 1:0,4 до 1:10 в зависимости от степени водопоглощения грунта.
  3. Цементное молоко, выходя под большим давлением из форсунок (отверстий) в инъекторе, диаметром 2-4 мм, не только заполнчет естественные поры грунта, но и производит небольшие гидроразрывы, что позволяет закрепить большее пространство и не допустить в дальнейшем просадки здания.
  4. Сразу после заливки цементно-бетонных свай, при необходимости, производится их армирование. В зависимости от назначения, производится задавливание в смесь металлических или железобетонных столбов.

На прочность грунтобетонного основания, созданного по технологии jet grouting, влияет тип грунта и количество израсходованного цемента.

Схема выполнения работ по цементации грунта

Максимальная прочность достигается при работе в песчаных и гравилистых грунтах, минимальная – в глинистых.

2.1 Область применения

Область применения технологии струйной цементации очень широка: от городского строительства домов до предотвращения оползней и заполнения шахтных выработок.

  • ограждение котлованов пересекающимися грунтобетонными сваями, выполняющими роль как вертикальной, так и противофильтрационной завесы;
  • усиление любых типов фундаментов: ленточных, свайных, из железобетонных монолитных плит для повышения деформационных характеристик грунтовых оснований;
  • установка буровых комбинированных свай, методом вбивания металлических или железобетонных элементов в грунтово-цементную смесь;
  • создание разъединительных стенок, противостоящих разрушению существующих зданий при строительстве новых;
  • заполнение горных, шахтных выработок и карстовых пустот;
  • проведение противооползневых мероприятий;
  • цементация используется для закрепления слабых грунтов при проведении дорожно-транспортного строительства, сооружения тоннелей и мостов;

Буровая установка для цементации грунта

2.2 Технологическое оборудование

Как уже упоминалось ранее, для проведения струйной цементации оснований нужно серьезное профессиональное оборудование.

  1. Буровые установки. Они могут быть крупногабаритными (для выполнения бурения на глубину до 50 метров) и мелкогабаритные (позволяют выполнять работы на глубине от 2 метров в условиях тесной застройки и небольшого рабочего пространства).
  2. Высоконапорные насосные установки, позволяющие подавать цементную суспензию под давлением от 450 до 600 атмосфер. Такое оборудование подает за одну минуту в скважину от 150 до 420 литров суспензии.
  3. Миксерные установки для приготовления водно-цементной суспензии.

к меню ↑

2.3 Технология струйной цементации грунтов (видео)

Источник

Цементация

Этот способ используется для закрепления грунтов и горных пород путем заполнения через скважины пор, трещин и других пустот в грунтовом массиве цементным, цементно-песчаным или цементно-глинистым раствором под давлением. Со временем ра­створ затвердевает и образуется грунто-цементный или грунто-цементно-глинистый камень, в результате чего образуется уплот­ненный массив с более высокими прочностными и противофильт-рационными характеристиками по сравнению с незакрепленным.

Цементация используется не только для улучшения прочнос­тных, деформационных ипротивофильтрационных характерис­тик грунтового массива, но и для заполнения крупных пустот под подошвой фундаментов, искусственных подземных выработок и полостей, образовавшихся после разложения органических обра­зований, а также для вспомогательной цементации грунтов осно­вания под фундаментами при силикатизации и смолизации для снижения расхода более дорогих химических растворов на запол­нение крупных пустот (см. рис. 38).

Читайте также:  Коэффициент загрузки цементных мельниц

Применение цементных и цементно-песчаных растворов не обеспечивает полной водонепроницаемости грунтового массива, что объясняется следующим: частицы цемента имеют размер по­рядка 50 мкм, что позволяет им проникать в поры и трещины размером не менее 0,2 мм. Более мелкие поры и трещины остают­ся не зацементированными. Со­став цементных и цементно-песчаных растворов для различных грунтовых условий приводится в табл. 2.5.

Таблица 2.5. Цементно-песчаные растворы

Удельное водопоглощение Весовое соотношение в растворе
скважины, л/мин
цемента песка воды
Менее 0,1
0,1-0,5
0,5-1
1-3 0,5
3-5
5-10 1,5
Более 10

Добавка в цементный раствор глины повышает стабильность раствора: такие растворы не расслаиваются, хорошо прокачива­ются насосами и, заполняя некрупные поры, трещины и пустоты в грунте, дают 100%-иый выход цементного камня, обеспечивая хороший контакт с породой и бетоном. Прочность тампонажного

камня при применении цементно-глинистых растворов составля­ет (в зависимости от соотношения компонентов: цемент—глина-вода) 0,5-10 МПа.

На предварительных стадиях проектирования радиус закреп­ления грунта принимается равным:

• в трещиноватых скальных породах 1,2+2 м;

• в галечниковых грунтах 0,75+1 м;

• в крупных песках 0,7+0,75 м;

• в песках средней крупности 0,3+0,5 м.

Нагнетание раствора в грунт продолжается до появления «от­каза» в поглощении раствора, под которым обычно понимается снижение расхода инъецируемого раствора до 5-10 л/мин при избыточном давлении раствора у устья скважины 0,1-0,5 МПа.

В среднем на закрепление 1 м 3 грунта необходимо 0,15+0,4 м 3 раствора.

Для приготовления цементационных растворов чаще всего используют портландцемент марки 400 и выше.

Глинизация. Сущность спо­соба заключается в заполнении глинистым раствором трещин и карстовых пустот в сухих породах, способных после нагнетания раствора впитывать из него воду, поэтому после заполнения пус­тот раствор в течение нескольких суток должен находиться под гидравлическим давлением. В результате повышения давления до 2 МПа вода отжимается из глинистого раствора, а обезвожен­ное глинистое тесто плотно заполняет пустоты и придает породе водонепроницаемость.

Для глинизации применяются глинистая суспензия, глиносиликатные и цементно-глинистые растворы. Применение глинис­тых растворов на основе бентонитовых глин позволяет повысить иротивофильтрационные свойства массива по сравнению с обыч­ными глинистыми растворами. Бентонит, увеличиваясь в объеме, уплотняется в трещинах и порах, имеющих ограниченный объем. Это обеспечивает высокую водонепроницаемость обработанного массива.

Способ применяется при наличии карстовых пустот в осно­вании фундаментов или пустот за обделкой подземных сооруже­ний, т.е. в тех случаях, когда требуется большой расход цемента.

К достоинствам способа можно отнести его низкую сто­имость и способность глины противостоять агрессивному дей­ствию подземных вод, а к недостаткам — большой расход тампонажных материалов и малую сопротивляемость тампонажного камня внешним нагрузкам.

Битумизация. Способ применяется в трещиноватых горных породах с высокими скоростями фильтрации грунтовых вод, ис­ключающими применение цементации или глинизации.

Существуют два метода битумизации: горячий и холодный.

Сущность способа горячей битумизации состоит в том, что через предварительно пробуренные скважины в массив нагнета­ется расплавленный битум, который, остывая в трещинах, прида­ет породе водонепроницаемость. Поскольку битум не смешива­ется с водой и при соприкосновении с ней образует плохо прово­дящую тепло пленку, то при нагнетании он заполняет большие пустоты и каверны даже при высоких скоростях фильтрации грунтовых вод. Распространению битума в массиве способствует его низкая теплопроводность и, следовательно, чрезвычайно мед­ленное остывание в крупных трещинах и пустотах. Расстояние между скважинами при ширине трещин и пустот менее 1,5 мм составляет 0,8 м; от 1,6 до 5 мм 1,5 м; от 6 до 10 мм — 1,5—2 м; от 11 до 20 мм — 2—3 м; более 20 мм — 3—4 м.

Читайте также:  Армирующие добавки для цемента

Горячая битумизация имеет и ряд существенных недостатков: с течением времени под действием напора грунтовых вод проис­ходит выдавливание битума из трещин с шириной раскрытия от 5-6 см и выше. Другой недостаток заключается в том, что из-за его значительной вязкости расплавленный битум не может пол­ностью заполнить трещины с шириной раскрытия менее 1 мм. Обычно радиус горячей битумизации колеблется в пределах от 0,75 до 1,5 м, и водопроницаемость этим способом полностью не ликвидируется. Кроме того, при остывании происходит темпера­турная усадка битума, достигающая 12 %, что также снижает во­донепроницаемость массива.

Вследствие указанных недостатков метод горячей битумиза­ции применяется крайне редко.

Для придания водонепроницаемости песчаным грунтам ис­пользуется метод холодной битумизации, заключающийся в на­гнетании в грунт битумной эмульсии. Этот способ не изменяет прочностных и деформационных свойств песчаных грунтов, а лишь повышает их водонепроницаемость.

Способ холодной битумизации применяется достаточно ред­ко, так как технология приготовления битумной эмульсии значи­тельно сложнее технологии приготовления растворов при сили­катизации или смолизации песчаных грунтов.

Двухрастворная силикатизация применяется для закрепле­ния крупного и средней крупности песка с коэффициентом фильтрации не менее 5 м/сут.

Для закрепления мелких песков и супесей применяется одно-растворная силикатизация, отличающаяся от двухрастворной тем, что используется слабоконцентрированный маловязкий си­ликатный раствор. Его отвердение в строго заданное время про­изводится добавкой химических реагентов (отвердителей).

Для закрепления лессовых грунтов, отличающихся высокой химической активностью, применяется силикатный раствор без отвердителя.

Однорастворная силикатизация лессовых грунтов применя­ется для закрепления просадочных грунтов, обладающих водо­проницаемостью более 0,2 м/сут и степенью влажности не более 0,7. В более влажных лессовых грунтах применяется газовая си­ликатизация, сущность которой заключается в том, что в грунт, подлежащий закреплению, через специальные скважины и инъекторы последовательно нагнетают углекислый газ, раствор си­ликата натрия и вторично углекислый газ. После такой обработ­ки грунты приобретают прочность, водоустойчивость и водонеп­роницаемость.

Смолизация. Этот метод заключается во введении в грунт гелеобразующего ра­створа высокомолекулярных смол (карбамидной, фенолформальдегидной) вместе с отвердителем (соляная и щавелевая кис­лоты, хлорное железо). В результате происходящих химических реакции смола переходит из жидкого состояния в твердое, гор­ные породы упрочняются, снижается их водопроницаемость, уве­личивается прочность.

Смолы, которые используются для закрепления песчаных грунтов, должны обладать невысокой вязкостью и полимеризоваться в порах грунта при температуре 4-10 °С. К ним относятся: мочевиноформальдегидные (карбамидные), фенольные, фурановые, акриловые и эпоксидные. Чаще всего в строительстве исполь­зуется мочевиноформальдегидная (карбамидная).смола с различ­ными отвердителями. Эта смола легко растворяется в воде, имеет малую вязкость и отверждается при невысокой температуре.

Термическое закрепление грунтов основано на нагнетании в грунтовый массив теплового потока, который, проникая в поры, обжигает грунт, увеличивает его прочность и ликвидирует пучинистые и просадочные свойства. Сжигание топлива в скважинах ведется при температуре 600-^650 °С. С помощью термического закрепления можно немедленно прекратить процесс осадок, в том числе аварийных, вызванных увлажнением грунта под на­грузкой. Обжиг грунта производится через специальные нагрева­тельные скважины.

Дата добавления: 2014-12-23 ; Просмотров: 2330 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник