CC BY
153
Технические науки
УДК 21474
С.А. Ишутина
Применение гидроструйной цементации
Аннотация
В данной статье проведен анализ применения гидроструйных технологий. Автором рассмотрены принципы работы и виды рабочего инструмента.
| Ключевые слова: гидроструйная цементация, рабочий инструмент, технология.
S.A. Ishutina
The use of water-jet grouting
Abstract
This article analyzes the application of water-jet technology. The operation principles and types of working tool.
| Keywords: water-jet grouting, work tool, technology.
Для повышения прочности оснований из глинистых грунтов с малыми коэффициентами фильтрации по всему объему необходимо полное разрушение структуры грунта с обеспечением его перемешивания с твердеющим составом. Наиболее перспективной технологией, обеспечивающей получение грунтобетона в любых заданных соотношениях является струйная технология (jet grouting). Сущность струйной технологии с использованием цементной суспензии (гидроструйная цементация (ГСЦ) заключается в использовании кинетической энергии высокоскоростной
суспензионной водоцементной струи, погруженной в грунтовый массив и вращающейся в плоскости, перпендикулярной оси скважины с одновременным подъемом вверх. В результате разрушения и перемешивания грунта с цементной суспензией образуется закрепленный массив цилиндрической формы (грунтоцементная свая) [2].
Рабочим инструментом для образования грунтобетонного массива является струйный монитор с горизонтальными форсунками диаметром 0,8-3,0 мм. Цементная суспензия подается под давлением до 100 МПа. В современных струйных установках бурение скважины диаметром 73-120 мм осуществляется с применением стандартного бурового инструмента с промывкой скважины водой или глинистым раствором, который подается при бурении через одну торцевую (вертикальную) форсунку под давлением до 5 МПа. После достижения проектной глубины через буровой став в струйный монитор начинается подача цементной суспензии под высоким давлением с одновременным поднятием и вращением монитора. Диаметр получаемого грунтоцементного массива зависит от размера рабочего давления и составляет 0,5-3 м. Прочность грунтобетонного массива зависит от типа закрепляемого грунта и технических характеристик применяемой установки. Ориентировочные значения прочности приведены в таблице 1.
Technical sciences
Таблица 1
№ п/п Исходный вид грунта Прочность закрепленного массива, МПа
1 торф 0,5 - 2
2 глина 3 - 7
3 суглинок 3-10
4 супесь 5-14
5 песок 15-20
6 гравий 20-30
В современных установках используют три типа струйных мониторов:
Однокомпонентная технология (JET 1). Монитор имеет две форсунки, через которые подается цементная суспензия под давлением до 80 МПа (рис. 1), которая поступает по одному каналу в буровой штанге. Диаметр закрепленногомассива, как правило, составляет 0,5-0,8 м.
Двухкомпонентная технология (JET 2). Цементная суспензия подается также из двух форсунок под давлением до 50МПА с дополнительной защитой воздушными струями, истекаемыми из кольцевых форсунок по периметру основных под давлением 0,61,2 МПа (рис. 2). Воздушная защита увеличивает диаметр закрепленного массива и способствует
лучшему перемешиванию раствора и разрушенной породы. Диаметры закрепленных массивов в данном случае составляют 0,8 -1,5 м [1]. Буровая штанга в этом случае имеет два отдельных канала для подачи суспензии и воздуха.
Трехкомпонентная технология (JET 3). Кроме форсунок для подачи суспензии (давление до 70 МПа) и воздуха монитор имеет в верхней части дополнительную форсунку, через которую в процессе закрепления подается вода под давлением 20-30 МПа (рис. 3). Данная технология позволяет снизить потери цементной суспензии и получать диаметры закрепленного массива до 2,5 м при высокой однородности грунтобетона.
Рис. 1. Конструкция однокомпонентного монитора
итальянской компании «Родио»: 1 - цементный раствор; 2 - бурильная штанга; 3 - струйная насадка; 4 - шарик: 5 - гнездо клапана; 6 - буровой снаряд
Рис. 2. Конструкция двухкомпонентного струйного монитора итальянской компании «Казагранде»
Interactive science | 1 • 2016
93
Технические науки
Головка монитора и двухкомпонентный вертлюг: 1 - соединительная секция с воздушным клапаном одностороннего действия; 2 - головка струйного монитора; 3 - концентричные растворная и воздушная
насадки; 4 - автоматический или шариковый клапан; 5 - буровой снаряд; 6 - раствор; 7 - вертлюг для раствора; 8 - вертлюг для сжатого воздуха: 9 -соединительная секция; 10 - сжатый воздух.
Рис. 3. Конструкция трехкомпонентного струйного монитора итальянской компании «Казагранде»
Головка монитора, трехкомпонентный вертлюг и секция концентричных труб для подвода рабочих компонентов:
1 - труба для раствора; 2 - труба для сжатого воздуха; 5 - труба для воды: 4 - вода; 5 - сжатый воздух; 6 - раствор; 7 - концентричные водяная и воздушная струйные насадки; 8 - растворная секция монитора; 9 - растворная насадка; 10 -автоматический клапан; 11 - буровой снаряд.
Разновидностью технологии ГСЦ грунтов является устройство плоских грунтобетонных конструкций, когда монитор перемещается по предварительно пробуренной скважине лишь поступательно не совершая вращательного движения. Конструкция такого монитора разработана в ЦНИИОМТП и успешно использовалась при реконструкции подземных сооружений.
Литература
1. Афонин И.А. Технология и организация монтажа специальных сооружений / И.А. Афонин, Г.И. Евстратов, Т.М. Штоль. - М.: Высшая школа, 1986.
2. Бройд И.И. Струйная геотехнология. - М.: АСВ, 2004.
