CC BY
120
М.Я. Якобсон, к.т.н, инж. A.C. Введенская, инж. A.A. Кузнецова, НИИЖБ им. А.А.Гвоздева АО НИЦ Строительство (Россия)
A.B. Бычков, к.т.н. H.A. Калиновская, К Полипласт (Россия) Aleksander Mai, ABI (Германия) Tom Merz, MAI-Technik (Германия)
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА И КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА
ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ОСНОВАНИЙ ИЗ ГРУНТОВ, УКРЕПЛЕННЫХ ЦЕМЕНТОМ
В статье рассматриваются различные методы модификации грунтового основания цементом, направленные на повышение его прочности и устойчивости. Предложены химические добавки для грунтобетона, позволяющие улучшить его строительно-технические свойства без увеличения расхода цемента.
Ключевые слова: грунт, грунтобетон, цемент, химические добавки.
The article discusses different methods of modification of subgrade with cement, designed to enhance its strength and stability. Suggested chemical additives for the soil-concrete, allowing to improve its construction and technical features without increasing the consumption of cement.
Keywords: soil, soil-concrete, cement, chemical additives.
Укреплением грунтов принято гих веществ и последовательного вы-называть качественное изменение полнения установленных технологи-первоначальных свойств естествен- ческих операций с использованием ных или искусственных грунтов грунтосмесительных и других ма-различного состава и генезиса и шин.
преобразование их в монолитный, Для реализации технико-эконо-прочный и, при необходимости, мо- мических преимуществ примене-розостойкий конструктивный слой ния различных методов укрепления основания здания или сооружения. грунтов необходим учет всех особен-
Такое изменение достигается пу- ностей укрепляемых грунтов, мате-тем внесения в грунт оптимальных риалов и применяемых для укре-добавок вяжущих материалов и дру- пления вяжущих и других веществ,
обязательное использование высокопроизводительных машин, обеспечивающих высокое качество выполнения всего комплекса технологических операций при производстве работ.
Технология «Jet Grouting» - метод закрепления грунтов и увеличения их прочности путём частичного замещения высоконапорной струёй цементного раствора и частичного смешивания незамещенного грунта (рис. 1).
Устроенные с применением данной технологии сваи из цементного камня с примесью грунта, рассматриваются впоследствии как единый геотехнический массив (рис .2).
Струйная цементация позволяет укреплять большой диапазон грунтов - от гравийных отложений до мелкодисперсных глин и илов.
К преимуществам данной технологи можно отнести:
• Высокая производительность работ;
• Отсутствие негативных ударных воздействий;
• Работа при сложных инженерно-геологических условиях, в слабых и водонасыщенных грунтах;
Применение данной технологии предполагает значительный расход цементного раствора, что при больших объемах работ, значительно влияет на общую стоимость работ.
Рис. 1 Схема производства работ при укреплении грунтов методом «Jet Grouting»
Рис. 2. Сваи из цементного камня, образованная методом «Jet Grouting»
Технология глубинного смешивания DSM («Deep Soil Mixing») широко применяется в мире для укрепления слабых грунтов. Технология глубинного смешивания грунта заключается в изготовлении грунтоцементных свай при помощи специального бу-росмесительного оборудования.
В процессе бурения происходит перемешивание и размельчение грунта с одновременной подачей цементного раствора или других реагентов (известь, зола, шлак, бентонит
и др.), как сухих, так и жидких смесей вяжущих веществ. За счет смешивания происходит равномерное распределение вяжущего в грунте и происходит реакция гидратации. Для достижения лучших результатов уплотнения грунтоцементных колонн, процесс перемешивания может повторяться несколько раз.
WSM - «Wet Speed Mixing» как разновидность буросмесительных технологий DSM представляет собой технологию быстрого смешивания грунта с цементной суспензией при помощи бурового оборудования с высоким крутящим моментом.
Рабочим инструментом является буровая головка, соединенная с буровым приводом посредством удлинительных штанг. Насос подает суспензию через вертлюг бурового привода к буровой головке и непосредственно в грунт при смешивании. Смешивание грунта происходит как при по-
Рис. 4. Смесительная установка ABI для глубинного смешивания грунта с вяжущими
гружении, так и при извлечении буровой головки (рис.3). В качестве вяжущего может использоваться цемент или его смесь с минеральными добавками (зола, известь, шлаки).
Глубинное смешивание грунта с вяжущими позволяет обеспечить решение проблем, касающихся следующего: • обеспечение стабильности (строений и дамб);
Рис. 3. Схема производства работ при укреплении грунтов методом
«Wet Speed Mixing»
• укрепление откосов и котлованов;
• обеспечение прочности грунтового основания на грунтах естественного залегания;
• повышение несущей способности грунтового основания до 15-20 МПа,
• обеспечение динамической устойчивости грунтов естественного залегания(напр., в сейсмоактивных регионах);
• предотвращение усадки основания под циклическими нагрузками;
• обездвижение и/или локализация хранилищ отходов или загрязненных участков грунта;
• возведение удерживающих сооружений;
• снижение вибраций.
При определении пригодности грунтов для укрепления вяжущими необходимо учитывать требования, предъявляемые к грунтам по зерновому (гранулометрическому) составу, происхождению (генезису), степени засоленности, содержанию органического вещества (гумуса), значению водородного показателя среды (рН), влажности, а также требования и ограничения, определяемые проектом.
В соответствии с исследованиями СоюздорНИИ, проведенных в 19601970-х годах для конструкций слоев дорожной одежды, для укрепления вяжущими подходят грунты следу-
ющих генетических типов: покровные глины, суглинки и супеси, лессы и лессовидные суглинки; моренные глины, суглинки и супеси, дерново-подзолистые и серые лесные почвы; карбонатные разновидности черноземов; каштановые почвы и сероземы; солонцеватые почвы, солонцы и некоторые виды солончаков [1, 2].
Для обработки вяжущими предпочтение следует отдавать карбонатным грунтам, которые приобретают после укрепления более высокую прочность по сравнению с некарбонатными разновидностями.
Укреплять портландцементом засоленные грунты различного зернового состава допускается при содержании в них солей не более 4 % массы грунта при хлоридном, суль-фатно-хлоридном и хлоридно-суль-фатном засолении. более 2 % массы гумусовых веществ для условий II дорожно-климатической зоны и 4 % - Ш-У дорожно-климатической зоны по СП 34.13330. При этом значение рН грунтов при укреплении цементом должно быть не менее 7. Засоленные грунты, содержащие 4-6 % солей (за исключением случаев сульфатного засоления), допускается укреплять портландцементом совместно с добавками извести или хлористого кальция, хлорного и сернокислого железа.
Грунты, укрепляемые портландцементом и шлакопортландцемен
Таблица 1
Показатели качества грунтобетона с пластификаторм СП-3
Содержание це- менто-водной суспензии в грун-тобетонной смеси (грунт: суспензия) В/Ц Содержание добавки СП-3, % от массы цемента по сухому веществу Подвижность по конусу СтройЦНИЛ, см Плотность смеси кг/м3 Прочность на сжатие, в возрасте 14 сут., МПа
2,0:1,0 0,47 0,0 Пк = 3,5 2188 9,1
2,0:1,0 0,47 0,6 Пк = 7,5 2180 8,9
2,0:1,0 0,42 0,6 Пк = 3,0 2216 10,7
том, не должны содержать более 10 % примесей гипса.
Некарбонатные суглинки и глины рекомендуется укреплять цементом совместно с известью. При укреплении цементом суглинков и глин в грунт дополнительно вводят различные легко растворимые соли, например хлористый кальций, хлорное железо, сернокислое железо и др.
Гумусовые горизонты дерново-подзолистых и полуболотных почв, безгумусовые горизонты дерново-подзолистых и полуболотных почв, имеющих кислую реакцию (рН < 5,5) укреплять цементом не разрешается.
Водорастворимые соли щелочных и щелочно-земельных металлов -сернокислый магний, сернокислый и углекислый натрий или каустическую соду - следует применять при укреплении грунтов цементом для ускорения процессов твердения и повышения прочности грунтобетона без увеличения количества вводимого в грунт цемента. Хлорное железо или серно-
кислое железо следует применять в качестве добавок при укреплении цементом тяжелых глин и суглинков, гу-мусированных грунтов, солонцеватых почв и черноземов в целях повышения прочности, водо- и морозоустойчивости укрепленного грунта.
С целью снизить расход вяжущих, повысить плотность и улучшить физико-механические свойства укрепленных грунтов следует применять химические добавки-пласти-
Рис. 5. Монитор контроля качества
при глубинном смешивании грунтов
Таблица 2
Свойства грунтобетона с различными химическим добавками
Содержание цементо-водной суспензии в грунтобетонной смеси (грунт: суспензия) В/Ц Вид, содержание добавки, % от массы цемента по сухому веществу Подвижность по конусу СтройЦНИЛ, см Прочность на сжатие, МПа / Плотность, кг/м3 в возрасте 28 суток
3,0:1,0 0,7 0,0 Пк = 3,0 7,75 / 2128
3,0 1,0 0,7 СП-1 1 % Пк = 5,2 7,6 / 2184
3,0 1,0 0,7 ЛСТ 0,55 % Пк = 5,0 -
3,0 1,0 0,7 ЛСТ 1,1 % Пк = 7,0 0,5 / 2102
3,0 1,0 0,7 ПКБ 0,66 % Пк = 7,0 6,1 / 2079
3,0:1,0 0,7 ЛСТ + ПКБ 0,83% (80/20) Пк = 5,0 7,45 / 2143
Примечание:
1) Цемент ОАО «Красносельскстройматериалы» ПЦ500-Д0;
2) С учетом весовой влажности грунта 3 %;
фикаторы. Результаты определения грунтов производится методами свойств укрепленных грунтов (грун- ГОСТ 5802 по конусу СтройЦНИИЛ тобетонов) с пластификаторами раз- и при испытании образцов кубов по личных видов приведены в табл.1,2. ГОСТ 10180.
Определение физико-механических показателей образцов грунта, после 28 и 90 сут хранения во влажных условиях (в зависимости от вида применяемого вяжущего) с учетом реальных условий производства работ.
Контроль качества укрепленных
Рис. 6. Извлеченные пересекающиеся сваи из грунтобетона
Рис. 7. Испытание образцов кернов
из свай
Оборудование оснащено системой мониторинга рабочего процесса (рис.5). При производстве работ контролируют скорость прохождения смесителя, расход вяжущего. Также проводят испытания образцов из выбуренных кернов (рис.6,7).
Литература
1. СН 25-74 Инструкция по применению грунтов, укрепленных вяжущими матери-
алами, для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог и аэродромов. М., Митрансстрой, СоюзДорНИИ, 1974 г.
2. Методические рекомендации по строительству оснований дорожных одежд с использованием связных грунтов, укрепленных минеральными или органическими вяжущими с добавками ПАВ и промышленных отходов.. СоюзДорНИИ. М., 1985 г.
М.Я. Якобсон, к.т.н. НИИЖБ им. А.А.Гвоздева А.А. Кузнецова, инж, НИИЖБ им. А.А.Гвоздева А.С. Введенская, инж., НИИЖБ им. А.А.Гвоздева А.В. Бычков, к.т.н., ГК «Полипласт»
АКТУАЛЬНОСТЬ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЦЕМЕНТОБЕТОНА В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Модернизация экономики России невозможна без развития инфраструктуры и, главным образом, развития транспортной системы страны. Развитию строительства автомобильных и железных дорог России и строительства искусственных сооружений - путепроводов, мостов, тоннелей в последнее время уделяется немалое внимание.
Ключевые слова: цементобетон, строительство.
Modernization of economy of Russia is impossible without development of infrastructure and, mainly, development of a transport system of country. To development of building of motor-car and ferrous roads of Russia and building of artificial buildings - overpasses, bridges, tunnels considerable attention is lately spared.
Keywords: cementobeton, building.
В тоже время можно отметить, ация с обеспечением нормативных что в России в силу ряда причин сроков службы дорожных одежд. По сложилась неблагоприятная ситу- данным Росавтодора только 52,8%
