CC BY
31
№ 11 (116)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ноябрь, 2023 г.
DOI -10.32743/UniTech.2023.116.11.16333 СТРУЙНАЯ ЦЕМЕНТАЦИЯ ГРУНТОВ ИЛИ ИНЪЕКТИРОВАНИЕ
Селезнев Константин Александрович
технический директор, ООО "РМС", РФ, г. Москва E-mail: ska. [email protected]
JET CEMENTATION OF SOILS OR INJECTION
Konstantin Seleznev
Chief technical officer of LLC "RMS"", Russia, Moscow
АННОТАЦИЯ
Научная статья представляет собой исследование двух технологий - струйной цементации и инъектирования, применяемых в геотехнике и строительстве для укрепления грунта и герметизации конструкций. Введение определяет необходимость этих методов и их основные характеристики. Описание технологий включает подробное описание процесса струйной цементации и различных методов инъектирования. Раздел о специфических составах и математических вычислениях объясняет свойства используемых материалов и их взаимодействие с грунтом. Сравнительный анализ преимуществ и недостатков каждой технологии учитывает различные условия и цели применения. Заключение подчеркивает значимость результатов и предлагает направления для дальнейших исследований, такие как изучение новых материалов, разработка новых методов и анализ влияния условий. В заключении сделан вывод о важности правильного выбора метода в зависимости от проекта и условий, а также о необходимости дальнейших исследований для улучшения и развития этих технологий. Представленная статья является ценным ресурсом для инженеров и специалистов, интересующихся укреплением грунта и герметизацией конструкций в геотехнике и строительстве.
ABSTRACT
The scientific article represents a study of two technologies - jet grouting and injection, used in geotechnical engineering and construction for soil reinforcement and structural sealing. The introduction defines the necessity of these methods and their key characteristics. The description of the technologies includes a detailed explanation of the jet grouting process and various injection methods. The section on specific compositions and mathematical calculations explains the properties of the materials used and their interaction with the soil. The comparative analysis of the advantages and disadvantages of each technology takes into account different conditions and objectives of application. The conclusion emphasizes the significance of the results and proposes directions for further research, such as the study of new materials, development of new methods, and analysis of the influence of conditions. The conclusion also highlights the importance of selecting the appropriate method depending on the project and conditions, as well as the need for further research to improve and advance these technologies. The presented article is a valuable resource for engineers and specialists interested in soil reinforcement and structural sealing in geotechnical engineering and construction.
Ключевые слова: струйная цементация, грунтовые работы, Jet grouting, укрепление грунта, цементные составы, силикатизация, смолязация грунта, принцип работы, грунтобетонные элементы, грунтоцементные сваи.
Keywords: jet grouting, ground works, soil stabilization, cementitious compositions, silicification, soil resinification, working principle, soil-cement elements, jet grout columns.
Введение
Строительство и инженерные работы часто сталкиваются с проблемами, связанными с нестабильными или слабыми грунтами, недостаточной несущей способностью фундаментов или протечками воды. В таких случаях, струйная цементация и инъектирование становятся неотъемлемыми методами для укрепления грунта, повышения его несущей способности и предотвращения проникновения воды.
Определение струйной цементации и инъектирования
Инъектирование (рис. 1) - это процесс ввода специальных растворов, таких как цемент, силикаты или смолы, в грунт или трещины с целью укрепления и герметизации. Путем инъектирования создается защитный слой или барьер, препятствующий проникновению воды или улучшающий грунтовые характеристики.
Библиографическое описание: Селезнев К.А. СТРУЙНАЯ ЦЕМЕНТАЦИЯ ГРУНТОВ ИЛИ ИНЪЕКТИРОВАНИЕ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2023. 11(116). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/16333
№ 11 (116)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ноябрь, 2023 г.
Инъектирование требуется, в основном, когда грунты на строительной площадке являются проблемными для строительства. Это включает подвижные песчаники и супеси, не содержащие вяжущих глинистых включений, заболоченные и водонасыщенные почвы, которые подвержены постепенному размыванию водой, раздробленные скальные породы с нарушенной структурой и недостаточной прочностью,
а также грунты с водоносными пластами, которые могут размывать твердые породы. Особенно важно предотвращать размывание пластов при строительстве подземных сооружений. Инъектирование грунта применяется при строительстве как наземных, так и подземных сооружений [1].
Рисунок 1. Метод инъектирования
Технология струйной цементации грунтов, также известная под английским термином "jet grouting", является наиболее эффективным методом цементации грунтов, который широко применяется во многих случаях [2].
Струйная цементация (рис. 2) - это метод, в котором специальные смеси, содержащие цемент и другие
добавки, под давлением подводятся к заданной глубине в грунте через сваи или стволы скважин. Под воздействием смеси происходит перемешивание с окружающим грунтом, образуя новый материал -цементную матрицу, которая укрепляет грунт и обеспечивает повышение его несущей способности.
Рисунок 2. Метод струйной цементации
№ 11 (116)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ноябрь, 2023 г.
Области применения струйной цементации и инъектирования
Струйная цементация и инъектирование находят применение в различных областях геотехники и строительства. В зависимости от конкретных условий и целей, выбор метода может быть основан на их уникальных характеристиках.
Струйная цементация широко используется в следующих случаях:
• Укрепление слабых грунтов с низкой несущей способностью.
• Устранение просадок и неровностей поверхности грунта.
• Укрепление и уплотнение грунтовых оснований перед строительством фундаментов или сооружений, либо уже после их строительства.
• Укрепление склонов и оврагов.
Инъектирование применяется в следующих
случаях:
• Укрепление грунтовых оснований и снижение их водопроницаемости.
• Герметизация трещин и повышение их прочности.
• Заполнение пустот и полостей в грунте (например, карстовые полости).
• Защита от подтопления и проникновения грунтовых вод.
Метод инъектирования
Существуют различные методы инъектирования для укрепления грунта, отличающиеся выбором затвердевающего материала и технологией его внедрения. В зависимости от состава материала можно выделить следующие типы:
1. Цементация: Цементация является одним из наиболее распространенных методов инъектирования. При цементации, цементный раствор вводится в пробуренную скважину. После введения раствора, он начинает затвердевать, образуя прочное связующее вещество, которое укрепляет грунт и обеспечивает его стабильность.
Рисунок 3. Метод цементации
А иМУЕВБиМ:
№11(116)_ДД ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_ноябрь. 2023 г.
2. Силикатизация: Метод силикатизации вклю- свойств грунта путем химической реакции между
чает введение в грунт силиката натрия, который силикатом натрия и грунтом. Результатом является
смешивается с кислотными или щелочными отвер- укрепление грунта и повышение его устойчивости. дителями. Целью этого метода является изменение
1 - существующий фундамент; 2 - инъекторы; 3 - закрепленный грунт; 4 - направление распространения закрепляющий растворов; 5 - шланг для подачи растворов
Рисунок 4. Метод силикатизации
3. Смолязация грунта: Метод смолязации грунта включает использование полимерных смол, которые предварительно смешиваются со слабокислотными отвердителями. При инъектировании такой смеси
в грунт, происходит химическая реакция, в результате которой полимерные смолы затвердевают, образуя прочное связующее вещество. Это укрепляет грунт и повышает его механические свойства.
Рисунок 5. Метод смолязации грунта
№ 11 (116)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ноябрь, 2023 г.
Укрепляющие материалы могут быть введены с использованием стандартных методов инъектирования или с помощью струйного цементирования. Определение наиболее подходящего метода инъектирования и выбор оборудования для этой цели осуществляются специалистами на этапе проектирования, после проведения инженерных и гидротехнических геоизысканий. Это позволяет учесть особенности грунта, требования к укреплению и оптимизировать процесс инъектирования для достижения наилучших результатов.
Особенности составов
Особенности составов, используемых при цементации грунтов, имеют важное значение для достижения требуемых характеристик укрепления и стабилизации грунтового основания. Различные составы обладают специфическими свойствами и применяются в зависимости от особенностей грунта и целей инженерных работ [3].
• Цементные растворы с минеральными вяжущими или тонкодисперсионными силикатными добавками являются одним из распространенных, применяемых при цементации грунтов. Они обеспечивают образование прочного связующего вещества, которое укрепляет грунт и повышает его устойчивость. Этот метод часто применяется для укрепления сыпучих песчаников с мелкозернистым и пылевым составом, где требуется создание прочного и устойчивого основания.
• Силикатные растворы используются в случаях, когда помимо укрепления грунта также требуется повысить его водостойкость. Эти составы вводятся в пористые грунты с высоким коэффициентом фильтрации, чтобы заполнить их поры и улучшить гидроизоляционные свойства. Они также могут использоваться для заполнения трещин в скальных породах, чтобы предотвратить их расширение и обеспечить стабильность.
• Использование полимерных смол является еще одним методом инъектирования для укрепления грунтов. Эти смолы предварительно смешиваются со слабокислотными отвердителями, и полученный раствор вводится под землю. Полимерные смолы обеспечивают укрепление несвязных песчаных грунтов и способствуют образованию прочного связующего вещества. При использовании данного метода необходимо учитывать требования экологического законодательства, чтобы обеспечить соблюдение экологических норм.
• Для предотвращения суффозии и обеспечения стабильности подземных сооружений используются вспененные полимерные составы, такие как поли-уретановые или силикатные инъекционные смолы. Эти составы характеризуются высокой пенной структурой, которая обеспечивает эффективную герметизацию и укрепление пластов. Они применяются для создания дополнительной защиты и стабильности подземных сооружений, предотвращая вымывание пластов водой и поддерживая их инте-гритет.
Выбор конкретного состава для инъектирования зависит от геологических условий, требуемых характеристик укрепления и целей инженерных работ. Также требует тщательного анализа геологических данных, свойств грунта, требований проекта и условий эксплуатации. Важным аспектом является соблюдение экологических норм и требований, чтобы обеспечить безопасность окружающей среды и соответствие законодательству в области охраны окружающей среды.
Таким образом, различные составы, используемые при цементации грунтов, представляют собой комплексные и научно обоснованные решения, которые обеспечивают укрепление и стабилизацию грунтового основания с учетом его характеристик и требований проекта. Это позволяет достичь надежного и долговечного результата при проведении инженерных работ в различных областях строительства и геотехники.
Технология проведения работ
Метод инъектирования используется для различных целей, включая гидроизоляцию, укрепление грунта, заполнение полостей и герметизацию трещин. Принцип работы метода инъектирования заключается во введении специальных растворов или материалов в грунт, полости или трещины с целью изменения или улучшения его свойств.
Процесс инъектирования обычно осуществляется с помощью специальных насосов или инъекционных устройств. Растворы или материалы, подаваемые насосом, могут быть различными в зависимости от требуемых свойств и целей инженерных работ. Например, для гидроизоляции могут использоваться эластичные растворы, способные образовывать водонепроницаемую мембрану или заполнять трещины, чтобы предотвратить проникновение влаги.
Основные этапы процесса инъектирования:
1. Подготовка: На этом этапе определяются требуемые свойства раствора или материала, подбираются соответствующие инъекционные агенты и настраивается оборудование для инъекции.
2. Подготовка места инъекции: Грунт или поверхность, на которую будет производиться инъекция, должны быть очищены от загрязнений и подготовлены для обеспечения хорошего сцепления или проникновения инъекционного материала.
3. Введение инъекционного материала: Раствор или материал подается в грунт или трещины при помощи насосов или инъекционных устройств. Инъекция может производиться непрерывно или в определенных интервалах, чтобы достичь требуемых результатов.
4. Распределение и фиксация материала: Инъекционный материал распределяется в грунте или полостях, заполняя трещины или создавая желаемую структуру. В случае гидроизоляции, создается водонепроницаемая мембрана, которая предотвращает подток влаги.
5. Отверждение или полимеризация: В случае использования реактивных материалов, происходит их отверждение или полимеризация, что приводит
№ 11 (116)
AunI
/Ш. ТЕ)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ноябрь, 2023 г.
к образованию прочной и устойчивой структуры или покрытию, выполняющему требуемую функцию, такую как гидроизоляция или укрепление грунта.
Основные принципы расчета
Основные расчетные принципы для основания из закрепленного грунта выполняются с использованием сертифицированных программных комплексов и методов математического моделирования, в соответствии с требованиями СП 22.13330. Для проверки расчетов, выбора конструктивных схем и методов закрепления, следует руководствоваться подразделами 6.9-6.10 СП 22.13330.2016, СП 291.1325800 и соответствующим разделом.
Расчеты сплошных массивов из закрепленного грунта под фундаменты существующих зданий должны проводиться в соответствии с СП 22.13330, по несущей способности исходя из условия:
Расчетная нагрузка на основание из закрепленного грунта определяется по формуле:
ЛГ=Рф5,.ф/Яг,
где Рф - давление под подошвой фундамента, МПа; £з.ф - площадь подошвы фундамента, м2; &.г - площадь закрепленного массива грунта, м2; уи - коэффициент надежности сооружения. Предельное сопротивление массива Rм.з.г основания из закрепленного грунта вычисляется по формуле:
^М.5. Г. _ ^Х.З.Г 1>
где Ях.з.г - значение расчетного сопротивления сжатию закрепленного грунта, определяемое по результатам лабораторных и полевых исследований, и зависит от типа грунта и способа закрепления согласно положениям пособия. Значение Rх.з.г может быть назначено в зависимости от класса закрепленного грунта по прочности и вычисляться формуле:
где - интегральная/средняя прочность закрепленного грунта в пределах сечения.
Значение интегральной/средней прочности закрепленного грунта в пределах сечения ^.ц) определяется по формуле:
Ал, =0.11До+ 0,89^
или назначается в зависимости от состава и типа цементного раствора для элементов, закрепленных методами струйной цементации или глубинного перемешивания. Площадь закрепленного грунта через скважину (вк.э) и значение временного сопротивления при сжатии закрепленного грунта ^о и Rr) также учитываются в расчете согласно формуле.
Повышение несущей способности основания может быть достигнуто путем использования отдельных элементов закрепленного грунта, которые могут быть расположены вертикально, наклонно или горизонтально на определенном расчетным способом расстоянии друг от друга.
При таком укреплении естественный грунт рассматривается как крупнообломочный грунт (для цементации в режиме гидроразрыва) или грунт, усиленный более жесткими элементами (по сравнению с грунтом естественного состава), образующими массив с определенным модулем деформации (для струйной цементации грунта, глубинного перемешивания и инъекции микроцементов). В зависимости от степени укрепления и характеристик элементов закрепленного грунта, модуль деформации основания может увеличиваться до значений от 20 до 40 МПа, приближаясь к значениям для крупнообломочных грунтов.
Расчет степени укрепления производится с учетом выполнения следующих условий:
• Среднее давление под подошвой не должно превышать расчетного сопротивления укрепленного основания;
• Осадки не должны превышать предельных значений для соответствующих категорий зданий.
Проектирование искусственных оснований, укрепленных элементами закрепленного грунта, выполняется в следующей последовательности:
1. Расчет осадок фундаментов на естественном основании согласно СП 22.13330. Для проектируемых зданий и сооружений осадки должны быть меньше предельных значений (S < £и), а для реконструируемых зданий или зданий, подверженных воздействию нового строительства или других факторов, осадки должны быть меньше предельных значений дополнительных осадок (Sad < Sad,u), где S - осадка основания и фундамента; Sи - предельное значение осадки основания и фундамента; Sad - дополнительная осадка основания и фундамента; Sad,u - предельное значение дополнительной осадки основания и фундамента.
2. Определение необходимой степени укрепления в зависимости от несущей способности основания и характеристик армирующих элементов закрепленного грунта.
3. Выбор конструктивной схемы укрепления (ленты, фрагменты, треугольная сетка, прямоугольная сетка и др.)
4. Определение необходимой глубины закрепления.
5. Расчет осадок фундаментов на искусственном или укрепленном основании с учетом заданной степени укрепления, конструктивной схемы, глубины закрепления, интегрального модуля деформации искусственного основания и других характеристик.
6. Анализ принятых решений на соответствие условиям уравнений (S < S^ и (Sad < Sad,u), и при необходимости корректировка конструктивной схемы, характеристик отдельных элементов закрепленного грунта или всего укрепленного массива, а также изменение глубины закрепления.
№ 11 (116)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ноябрь, 2023 г.
7. Определение конструктивной схемы размещения армирующих элементов с учетом геометрических размеров и формы фундаментов. Определение нормируемых показателей и расчетных параметров для закрепления, а также объемов растворов для каждого элемента закрепленного грунта и всего массива.
Требуемая степень укрепления грунта (А) вычисляется по формуле:
А = 100 ÇVo - Л) / (Ä>.„ÄV- Я),
где N0 - требуемая несущая способность основания в МПа;
R - расчетное сопротивление естественного грунта на верхней границе укрепления, определенное согласно СП 22.13330, в МПа;
R,^ - расчетная прочность закрепленного грунта, которая зависит от метода укрепления;
K0 - коэффициент совместной работы армирующих элементов с грунтом основания.
4. Для расчета осадки фундамента на укрепленном основании применяется метод послойного суммирования с заменой модуля деформации грунта естественного сложения на приведенный или интегральный модуль, согласно требованиям СП 22.13330.
Количество инъекционных скважин определяется по следующей формуле:
где Гу - условный радиус границы укрепления грунта при использовании методов инъекции в режиме пропитки, струйной цементации и глубинного перемешивания, измеряемый в метрах.
Комплекс оборудования
Метод инъектирования требует использования специализированного комплекса оборудования, включающего:
1. Инъекционный насос: Инъекционный насос играет ключевую роль в процессе инъектирования, создавая необходимое инъекционное давление для нагнетания материала в конструкцию или грунт. Он может быть одно- или двухкомпонентным. Одно-компонентные насосы предусматривают предварительное приготовление материала и нагнетание его в течение времени работоспособности. Двухкомпо-нентные насосы обеспечивают подачу компонентов материала по раздельным рукавам и их смешение перед подачей готового материала в пакер. Качество смешивания компонентов может быть обеспечено специальными миксерами.
2. Инъекционные пакеры: Инъекционные па-керы используются для герметизации определенной зоны и обеспечения точной подачи инъекционного материала. Они классифицируются по виду крепления, таким как разжимные, забивные, клеевые, и могут быть изготовлены из различных материалов, включая сталь, алюминий или пластик. Выбор пакера зависит от конкретных условий проекта и требований.
3. Инъекционный материал: Инъекционный материал выбирается в зависимости от поставленных целей и требуемых свойств. Материал для запечатывания должен обладать быстросхватывающими свойствами, чтобы обеспечить эффективную герметизацию. Могут использоваться различные минеральные составы с временем жизнеспособности менее 5 минут. Выбор материала зависит от типа проекта и требований к инъектированию.
Комплекс оборудования для инъектирования может включать и другие компоненты, такие как насосные системы, расходомеры, смесители, шланги, фитинги и инъекционные пистолеты, которые обеспечивают правильную подачу и распределение материала в процессе инъектирования.
Метод струйной цементации грунтов
Метод струйной цементации предоставляет возможность закрепления различных типов грунтов, включая песчаные, супесчаные, суглинистые и глинистые грунты, независимо от их степени водо-насыщенности. В зависимости от условий грунта, требуемого диаметра и прочности создаваемой грунтобетонной сваи, применяются три основные технологии:
Однокомпонентная технология, известная как "jet-1 ", основана на разрушении грунта струей цементного раствора. Эта технология является наиболее простой в исполнении, и при оптимальном расходе цемента, порядка 0,4 тонн на метр сваи, достигается наибольшая плотность и прочность грунтобетона.
Двухкомпонентная технология, известная как "jet-2", использует дополнительную энергию сжатого воздуха в виде искусственно образованной воздушной рубашки вокруг струи цементного раствора. Это позволяет увеличить объем (диаметр) закрепляемого грунта в свае, резко снижая сопротивление окружающей среды. Плотность и прочность получаемого грунтобетона после отвердения снижаются на 10-15% по сравнению с "jet-1".
Трехкомпонентная технология, "jet-3", включает использование струи воды в искусственном воздушном потоке для разрушения грунта, в то время как цементный раствор подается через отдельное сопло. Плотность и прочность полученного грунтобетона значительно ниже, чем при "jet-1" и "jet-2". Технология "jet-1" применяется преимущественно в крупнозернистых и среднезернистых песках, в то время как "jet-2" и "jet-3" используются в супесчаных и связных грунтах.
Буровая головка установки jet grouting обладает особыми характеристиками и предназначена для осуществления процесса струйного цементирования. Она оснащена боковыми мониторами, которые представляют собой сопла, через которые подаются цементная смесь, воздух и вода. Одна из самых современных модификаций, известная как Jet-3, демонстрирует высокую эффективность и применяется для достижения оптимальных результатов (рис. 6) [4].
№ 11 (116)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ноябрь, 2023 г.
Рисунок 6. Схема оголовков jet grouting, в зависимости от модификации
Технология проведения работ
Принцип работы технологии jet grouting основан на контролируемом воздействии высокоскоростного струйного потока на грунт. Процесс начинается с установки буровой головки, оснащенной боковыми мониторами или соплами, на месте проведения работ. Цементная смесь, воздух и вода подаются через эти сопла с помощью высокого давления, которое может достигать значений до 7000 бар. Давление является важным параметром, поскольку правильное давление необходимо для обеспечения правильного размещения и смешивания компонентов смеси в грунте.
Цементная смесь, вода и воздух подаются через сопла с определенными пропорциями и контролируемой скоростью потока. Это позволяет создать высокоскоростной и высокоэнергетический струйный поток, который оказывает интенсивное воздействие на окружающий грунт. Под воздействием высокого давления и энергии струйного потока происходит
разрушение и перемешивание грунта, а также проникновение цементной смеси в его поры и пустоты. Струйный поток обеспечивает интенсивное смешивание и гравитационное перемещение частиц грунта, что приводит к созданию грунтобетонной смеси с улучшенными характеристиками.
В результате процесса достигается закрепление грунта и формирование грунтобетонных элементов определенной геометрии. Грунтоцементные сваи, диаметр которых может достигать до 3 метров каждая, образуются в результате процесса. Эти сваи обладают прочностью, соответствующей бетонам В7,5-В15 в зависимости от расхода цемента. При необходимости, в еще не схватившуюся смесь может быть опущен арматурный каркас, что дополнительно повышает прочностные характеристики грунтобетон-ных элементов. Таким образом, технология jet grouting обеспечивает надежное укрепление грунта и создание устойчивых грунтобетонных конструкций, которые могут служить основой для строительных сооружений (рис. 7) [6].
Рисунок 7. Принцип технологии струйной цементации
№ 11 (116)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ноябрь, 2023 г.
Комплекс оборудования
Комплекс для выполнения работ по струйной цементации грунтов представляет собой комплексную систему, которая включает в себя несколько ключевых компонентов и оборудования. Он разработан для обеспечения эффективного и надежного выполнения процесса струйной цементации (рис. 8). Основными компонентами этого комплекса являются:
1. Буровая установка для jet grouting: Это специализированное оборудование, способное осуществлять бурение и нагнетание цементной смеси под высоким давлением через мониторы или сопла. Буровая установка обладает высокой маневренностью и точностью, что позволяет достичь требуемых параметров и геометрии струйной цементации.
2. Цементная станция: Цементная станция обеспечивает подачу и приготовление цементной смеси, которая будет использоваться в процессе струйной цементации. Она оснащена высокопроизводительными системами для смешивания и подачи цемента,
песка, воды и, при необходимости, добавок. Цементная станция обеспечивает точное дозирование и контроль пропорций компонентов, что позволяет получить качественную и однородную цементную смесь.
3. Компрессорная станция: Компрессорная станция обеспечивает необходимое давление воздуха для процесса струйной цементации. Она оснащена мощными компрессорами, способными создавать высокое давление до требуемых значений. Компрессорная станция обеспечивает стабильное и надежное поступление сжатого воздуха, необходимого для формирования струйного потока и перемешивания цементной смеси.
4. Цементные силосы: Цементные силосы служат для хранения и дозированной подачи цемента в цементную станцию. Они имеют большую емкость и оборудованы механизмами для точной и контролируемой выгрузки цемента при подаче его в смеситель цементной станции.
Рисунок 8. Комплекс оборудования струйной цементации
В ходе выполнения работ по струйной цементации грунтов, оператор установки jet grouting играет важную роль в обеспечении эффективности и точности процесса. Для мониторинга и контроля ему непрерывно поступают данные на прибор отслеживания
работы станции (рис. 9). Эти данные позволяют своевременно реагировать и обеспечивать требуемые параметры, соответствующие технологии выполнения работ по струйной цементации.
№ 11 (116)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ноябрь, 2023 г.
Рисунок 9. Информация с бортового компьютера установки jet grouting
Системы мониторинга и контроля предоставляют оператору информацию о таких ключевых параметрах, как давление цементной смеси, давление воздуха, расход цемента и воды, скорость подачи смеси и другие релевантные показатели. Эти данные непрерывно отслеживаются и передаются оператору в режиме реального времени.
Оператор, основываясь на полученных данных, может проводить необходимые корректировки и настройки на установке jet grouting. Например, если давление цементной смеси ниже требуемого уровня, оператор может принять меры для увеличения давления, чтобы обеспечить достаточную проникающую способность и равномерное распределение смеси в грунте. Аналогично, в случае высокого давления,
оператор может осуществить регулировку, чтобы избежать нежелательных последствий.
Полученные данные также позволяют оператору контролировать процесс смешивания цементной смеси, обеспечивая правильные пропорции компонентов и достижение однородности смеси. Кроме того, оператор может мониторить расход цемента и воды, чтобы поддерживать оптимальные условия смешивания и потребление ресурсов [2].
Преимущества и недостатки струйной цементации и инъектирования
Каждая из этих технологий имеет свои особенности и преимущества. Ниже приведены основные преимущества и недостатки каждой технологии.
Таблица 1.
Преимущества и недостатки струйной цементации и инъектирования
Метод Преимущества Недостатки
Струйная цементация • Высокая эффективность в укреплении слабых и неоднородных грунтов. • Возможность создания цементных столбов или блоков с различными геометрическими формами. • Глубокое проникновение в грунт и формирование прочной матрицы. • Возможность работы в ограниченных пространственных условиях. • Улучшение несущей способности грунта и устойчивости склонов. • Контролируемое формирование грунтовых структур. • Высокая сложность выполнения и требовательность к квалификации персонала. • Ограничения по размеру и глубине формируемых столбов. • Возможность возникновения неоднород-ностей в цементной матрице. • Зависимость от грунтовых условий, включая гранулометрический состав и влажность грунта.
№ 11 (116)
AunI
/Ш. ТЕ)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ноябрь, 2023 г.
Метод Преимущества Недостатки
Инъектирование • Возможность герметизации трещин и заполнения полостей в грунте. • Улучшение водонепроницаемости и стабильности грунта. • Гибкость и адаптируемость к различным условиям и грунтам. • Меньшая сложность выполнения по сравнению с струйной цементацией. • Широкий выбор инъекционных материалов в зависимости от требований проекта. • Ограниченная глубина проникновения в грунт по сравнению со струйной цементацией. • Ограниченная несущая способность укрепляемого грунта. • Возможность неполного заполнения трещин или полостей в грунте. • Ограниченная устойчивость к динамическим нагрузкам.
В целом, выбор между струйной цементацией и инъектированием зависит от конкретных условий проекта, целей инженерных работ и требований к укреплению грунта. При проектировании необходимо учитывать геологические, грунтовые и геотехнические характеристики местности, требования к несущей способности грунта, проникновению воды, доступности и ограничениям в пространстве, а также финансовым ограничениям.
Заключение
В данной научной статье были рассмотрены две технологии - струйная цементация и инъектирование, которые широко применяются в геотехнике и строительстве для укрепления грунта и герметизации конструкций. Были приведены основные преимущества и недостатки каждой технологии, а также описаны принципы и специфика их работы.
Струйная цементация является эффективным методом для укрепления слабых и неоднородных грунтов, позволяя создавать прочную цементную матрицу. Однако, она требует опытного персонала и имеет ограничения в размерах и глубине столбов. Инъектирование обладает гибкостью и может быть применено в различных условиях грунта. Оно позволяет герметизировать трещины, укреплять грунт и улучшать его характеристики. Однако, у него есть ограничения в глубине проникновения и несущей способности укрепляемого грунта. Выбор между струйной цементацией и инъектированием должен основываться на тщательной оценке требований проекта, геологических условий, доступных ресурсов и других факторов. Оба метода могут быть эффективными в правильных условиях, и их сочетание может быть рациональным подходом для достижения оптимальных результатов.
Список литературы:
1. Ибрагимов М.Н., Семкин В.В., Шапошников А.В. Цементация грунтов инъекцией растворов в строительстве. АСВ, 2017.
2. Шубина Т.Ю. Усиление подземной части здания с помощью технологии jet-grouting / Т.Ю. Шубина. — Текст: непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 46 (388). — С. 19-24.
3. Малинин А.Г. Струйная цементация грунтов. М.: ОАО «Издательство «Стройиздат», 2010. Мангушев Р.А, Панферов А.А., Осокин А.И., Конюшков В.В. Реконструкция подземной части Российского Государственного Академического Большого Театра (АБДТ) имени Г.А. Товстоногова в г. Санкт-Петербурге. Геотехника. Теория и практика. Общероссийская конференция молодых ученых, научных работников и специалистов: межвузовский тематический сборник трудов; СПбГАСУ. — СПб., 2013.
4. М.Н. Ибрагимов, канд. техн. наук В.В. Семкин, канд. техн. наук А.В. Шапошников, канд. техн. наук. Способ контроля и прогнозирования параметров и прочности jet-свай при производстве работ. Вестник НИЦ «Строительство». 2017.
5. О.А. Маковецкий, И.И. Хусаинов, Д.К. Серебренникова. Обеспечение геотехнической безопасности строящегося здания с применением технологии струйной цементации грунта. Вестник ПНИПУ. 2014.
6. А.В. Черняков. Применение струйной цементации грунтов в условиях исторической застройки. Жилищное строительство. 2011. № 9. С. 24-26.
