Цемент для цементации грунтов

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).

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.

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.

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

Источник

Что такое цементация грунта? Технология выполнения укрепительных работ

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

Усиление фундаментов

Метод цементации часто используется для усиления уже существующих оснований. При этом подошва фундамента получает дополнительную опору, что предотвращает появление трещин на стенах и полное обрушение постройки.

Буровая установка имеет повышенную мобильность, что позволяет размещать ее вблизи здания. Небольшие размеры и подвижная мачта оборудования позволяют производить работы без повышенного уровня шума и вибраций.

Подошва фундамента подвергается усилению при помощи таких видов цемента:

• портланд;
• шлакопортландцемент;
• глиноземистый;
• сульфатостойкий;
• тампонажный;
• шлакощелочной.

Эти сорта содержат мелкие частицы, которые способны заполнить грунтовые полости даже небольшого размера.

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.

Методы химического закрепления грунтов

В настоящее время существует очень много методов, позволяющих грамотно провести химическое закрепление грунта. Давайте выделим наиболее эффективные из них.

Способ 1. Битумизация

Метод горячей битумизации используют, когда необходимо произвести закрепление полускальных или даже скальных пород, он применяется не так часто, но упомянуть его стоит. Этот способ основан на нагнетании расплавленного битума через специальные скважины, проделанные заранее. Когда он полностью остывает порода приобретает такое важное качество, как водонепроницаемость. К сожалению, остывает битум относительно медленно, так как он обладает очень низким показателем теплопроводности.

Недостатком метода является то, что до застывания процесс может сорваться из-за грунтовых вод, которые способны вытолкнуть битум, не достигший низкой температуры и высокого уровня прочности.

Существует также и метод, основанный на холодной битумизации, он отличается тем, что используется для химического закрепления песчаного грунта. Также холодная битумизация предполагает введение эмульсии вместо расплавленного битума. Этот способ применяется, когда необходимо придать грунту хорошую водонепроницаемость. Эмульсии должны быть однородные! Только так можно достигнуть хорошего результата.

Способ 2. Цементация

Под понятием цементации грунтов нужно понимать заполнение всех пустот и прочих пор, образующихся в крупнообломочных грунтах. Со временем должен образоваться цементный камень. Очень внимательно отнеситесь к выбору раствора, для этого подойдут следующие смеси:

1. Цементные.
2. Цементно-глинистые.
3. Цементно-песчаные.

Важно! Выбирайте раствор не только по составу, но и по водоцементному содержанию, которое имеет маркировку «В/Ц». Данный показатель может варьироваться от 0,4 до 1.

Обращайте внимание и на эти показатели при покупке, ни один из них не должен отклоняться от нормы:

• Водоотделение за 2 часа – до 2%.
• Подвижность по конусу (АзНИИ) – от 10 до 14 см.
• Прочность после затвердевания (через 4 недели) при сжатии – 1-2 Мпа.

К сожалению, фильтрация полностью не прекращается, потому что частицы цемента, которые используются для химического закрепления относительно велики (50 мкм) для борьбы с микротрещинами!

Способ 3. Смолизация

Для закрепления грунтов можно использовать и смолы, температура которых во время полимеризации не должна превышать 10 градусов. Вот самые распространённые смолы, которые применяются для этого:

1. Фенольные. Они образуются из-за поликонденсации фенолов.
2. Мочевино-формальдегидные. Их также называют карбамидными, а образуются они вследствие поликонденсации формальдегида и мочевины.
3. Фурановые. Такие смолы образуются во время конденсации фурилового спирта.
4. Акриловые, являющиеся производными акриловой кислоты.

Специалисты рекомендуют использовать для химического закрепления грунтов именно мочевино-формальдегидные смолы, потому что они легко растворяются в обыкновенной воде, содержат уникальные отвердители, имеют небольшую вязкость, твердеют даже при низких температурах. Цена на такие смолы вполне приемлемая, что и делает их популярными. Суть данного способа заключается в нагнетании специальных смол в грунт, они должны быть смешаны со специальным отвердителем (чаще всего применяется соляная кислота). Таким образом, достигается водонепроницаемость и прочность.

Инъектор, погружённый в грунт

Способ 4. Силикатизация

Метод, носящий название силикатизации, принято разделять на два варианта применения:

1. Двухрастворный. Такой способ силикатизации был придуман ещё в 1931 году, когда только появилось такое понятие, как химическое закрепление грунтов. Он заключается в введении специальной трубы в песчаный грунт. Через эту трубу происходит нагнетание силиката натрия (химическая формула – Na2OnSiO2) и специального раствора, основанного на хлористом калии (химическая формула – CaCl2). Данные компоненты образуют вещество, необходимое для закрепления грунта – гидрогель кремниевой кислоты. Таким образом, грунт обретает достаточно большую прочность. Единственный недостаток такого способа – это высокая стоимость.
2. Однорастворный. Такой способ подойдёт для закрепления песков, коэффициент фильтрации которых – 0,0006-0,006 см/сек. В грунт нагнетают фосфорную кислоту, смешанную со стеклом (в жидком состоянии). Прочность такого грунта, к сожалению, будет не такой прочной и водостойкой, как при двухрастворном методе. Но для устройства противофильтрационных завес он подойдёт хорошо.

Силикатизацию использовать не стоит, если грунт, который необходимо закрепить, пропитан различными маслами, смолами или даже нефтяными продуктами. А также важным критерием является скорость движения грунтовых вод, она не должна превышать 0,006 см/сек, иначе данный способ будет неэффективен!

Способ 5. Электрохимическое закрепление

Данный метод принято разделять на три части:

1. Электроосмос (для уплотнения и обезвоживания грунта).
2. Обмен натрия и кальция на алюминий и водород (специальные химические процессы для закрепления грунта).
3. Образование алюмогеля (структурообразование).

Электрохимический способ закрепления грунтов подразумевает комбинированное применение электрического тока и химических веществ. Он подойдёт только для грунтов, обладающих низкой проницаемостью! Все вещества должны вводиться только под действием электрического тока. Таким образом, происходит химическая реакция, делающая грунт более прочным!

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 ]Tecniwell[/anchor]. 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.

Сведения об обработке персональных данных

8.1. Оператор обрабатывает персональные данные на законной и справедливой основе для выполнения возложенных законодательством функций, полномочий и обязанностей, осуществления прав и законных интересов Оператора, работников Оператора и третьих лиц.

8.2. Оператор получает персональные данные непосредственно у субъектов персональных данных.

8.3. Оператор обрабатывает персональные данные автоматизированным и неавтоматизированным способами, с использованием средств вычислительной техники и без использования таких средств.

8.4. Действия по обработке персональных данных включают сбор, запись, систематизацию, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передачу (распространение, предоставление, доступ), обезличивание, блокирование, удаление и уничтожение.

8.5. Базы данных информации, содержащей персональные данные граждан Российской Федерации, находятся на территории Российской Федерации.

8.6. Оператор вправе поручить обработку персональных данных другому лицу с согласия субъекта персональных данных, если иное не предусмотрено федеральным законом.

Такая обработка персональных данных осуществляется только на основании договора, заключенного между Оператором и третьим лицом, в котором должны быть определены:

• перечень действий (операций) с персональными данными, которые будут совершаться третьим лицом, осуществляющим обработку персональных данных;
• цели обработки персональных данных;
• обязанности третьего лица соблюдать конфиденциальность персональных данных и обеспечивать их безопасность при обработке, а также требования к защите обрабатываемых персональных данных.

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.

Сроки обработки и хранения персональных данных

6.1. Обработка персональных данных прекращается Оператором при достижении целей такой обработки, а также по истечении срока, предусмотренного законом, договором, или согласием субъекта персональных данных на обработку его персональных данных. При отзыве субъектом персональных данных согласия на обработку его персональных данных обработка осуществляется только в пределах, необходимых для исполнения заключенных с ним договоров и в целях, предусмотренных законодательством Российской Федерации.

Источник