Усиление (упрочнение цементацией) грунтов

Ознакомится с ассортиментом спецтехники, можно в разделе "Специальная техника".

  Под цементацией понимается группа методов технической мелиорации грунтов, основанная на введение в грунт вяжущих материалов, заполнение возникших пор, пустот и трещин, формирование цельного цементного монолита. Данная технологическая операция незаменима на слабых, замоченных грунтах, при высоком уровне грунтовых вод. Если грунты нормальные и сухие, применяя технологию стабилизации возможно существенно увеличить их несущую способность, сэкономить на перемещении грунтов, инертных материалах, сократить сроки строительства.

  Цементация проводится для усиления грунтовых оснований зданий и сооружений. В Юго Восточной Азии например данный метод укрепления грунтов, используется на прилегающей территории к АЭС, которые обязаны отвечать высоким требованиям пассивной безопасности работы станции, что является гарантией надежной работы и её устойчивости к внешним и внутренним воздействиям. Проведения укрепления откосов и выемок высокоскоростных железнодорожных дорог. Предупреждения деформаций различных склонов. Увеличения несущей способности уже погруженных свай, анкерных устройств, опор большого диаметра, увеличения коэффициента уплотнения грунта.

  Сущность технологии заключается в использовании энергии высоконапорной подачи цементного раствора для разрушения и одновременного перемешивания грунта с цементным раствором. После твердения цементного раствора образуется новый материал – грунтобетон, обладающий высокими прочностными и деформационными характеристиками.

  По сравнению с традиционными технологиями инъекционного закрепления грунтов струйная цементация позволяет укреплять практически весь диапазон разновидностей грунтов - от гравийных отложений до мелкодисперсных глин и илов.

  Другим важным преимуществом технологии является высокая предсказуемость результатов укрепления грунтов. Это дает возможность уже на этапе проектирования достаточно точно рассчитать геометрические и прочностные характеристики создаваемых подземных конструкций (грунтобетонная колонна, стена в грунте, массив укрепленного грунта и т.д.), и соответственно - трудозатраты, стоимость материалов и т.п.

  Фундамент – это один из ключевых элементов конструкции здания, который несет на себе нагрузку всех остальных надстроек и элементов. В процессе эксплуатации фундамент подвергается сильным, а иногда и экстремальным нагрузкам как природного, так и искусственного характера. Основными факторами, влияющими на износ конструкцию фундамента являются:

• просадка и подмыв грунтов;
• выветривание пород основания;
• промерзание грунтов под основанием фундамента;
• вибрационные воздействия от наземного и подземного транспорта;
• непродуманная перепланировка и использование площадей и, как следствие, увеличение нагрузок на конструкцию;
• точечная застройка на примыкающих территориях;

  Укрепление фундаментов при помощи микроцементов, как правило, происходит при помощи усиления оснований несущих конструкций фундамента инъекциями составов на основе микроцемента.

  Особенностью процесса шнекового бурения является одновременное удаление породы по винтовой поверхности, образуемой пластинчатыми элементами. В сочетании с сердечником и режущей головкой такое устройство называется шнеком. По мере его заглубления в грунт вращающее устройство отсоединяется, отводится в верхнее положение и производится наращивание буровой штанги по длине вставкой очередной секции бура. Порода, поднимаясь по винтовой поверхности, активно прижимается к стенке шурфа, производя ее уплотнение и упрочнение. Это позволяет обсаживать стенки ствола по окончании буровых работ, увеличивая суммарную скорость проходки. Шнековое бурение скважин – эффективный способ, не требующий привлечения высокотехнологичного оборудования. Данный метод преимущественно используется для грунтов песчаного или гравийно-песчаного типа. Принцип работы бурильного оборудования заключается в разрушении режущим инструментом породы и доставка ее на поверхности при помощи винта шнека. При этом для повышения эффективности процесса бурения промывка скважины не осуществляется. Данный метод не применяется на территории, где находятся грунты высокой твердости. Для бурения скважин шнековым способом происходит постоянное вращение рабочего инструмента с лопастями. Это обеспечивает бесперебойную подачу отработанной породы на поверхность, что очень удобно. Шнеки, осуществляющие все предвиденные технологией операции, состоят из центральной трубы, которую также называют буровой штангой. В конструкции шнека присутствует острый наконечник, который осуществляет врезку в грунт. Чаще всего его делают съемным. Это позволяет менять наконечник, зависимо от типа обрабатываемого грунта. Метод цементации основан на нагнетании цементной суспензии в закрепляемый грунт (песчано-гравелистый или трещиноватый скальный) посредством системы пробуренных в грунте скважин. При этом соотношение цемента и воды должно быть в пределах 0,1 - 2. Добавка сульфитно-спиртовой барды повышает подвижность цементно-песчаных и цементных растворов. Содержание барды в растворе должно быть в пределах 0,01 - 0,25%. Добавка хлористого кальция ускоряет схватывание растворов и увеличивает первоначальную прочность цементного камня. Содержание хлористого кальция должно быть в пределах 1 - 5%. После цементации значительно увеличиваются прочность и водонепроницаемость грунта.

  Непосредственно нагнетаемые в грунты рабочие растворы и смеси не должны содержать взвешенных механических примесей, затрудняющих инъекцию и закрепление грунтов в целом.

  Усиление грунтов методом цементации также эффективно при заполнении пустот и каверн в закарстованных породах, повышает механическую прочность, устойчивость, уменьшает сжимаемость и водопроницаемость дисперсных пород.

  Технологический процесс при усилении грунтов.

  Технология работ по усилению фундаментов и также состоит из двух основных этапов:

1. Бурение скважин с помощью полого шнека требуемого размера и глубины. (шагающая установка спирального шнекового бурения KLB20-700, обеспечивающую CFA (ContinuousFlightAuger) бурение, которое выполняется с помощью полых шнеков, в стержне которых располагается канал для подачи раствора внутрь скважины).

1. Нагнетание скрепляющих растворов с помощью специального оборудования, миксеров- бетононасосов различной модификации.

  Приготовление скрепляющего цементного раствора.

  Приготовление скрепляющего раствора производится в передвижном комплексе непосредственно перед нагнетанием его в грунтовый массив. Специальная комбинированная машина для производства и перекачки бетонов (растворов). Водоцементное соотношение инъекционного раствора для нагнетания В\Ц 1:1. Скрепляющий раствор готовится отдельными порциями. По мере его расходования готовится новый объем раствора. По мере выработки отдельных компонентов происходит дозаправка расходных емкостей. Подача скрепляющего цементного состава из стационарного инъекционного комплекса осуществляется по высоконапорным шлангам. После окончания нагнетания на каждом этапе работ, все оборудование, находящееся в соприкосновении со скрепляющим составом, промывается водой или продувается сжатым воздухом под давлением не менее 0,6 МПа.

  Предлагаемая шагающая установка спирального шнекового бурения KLB20-700, позволяет проводить бурение скважин для изготовления буронабивных свай.

  Буронабивные сваи – это пробуренные скважины в грунте, в которые могут опускаться различные типы металлокаркасов. В скважины под давлением закачивается бетон, песчано-цементная смесь или водоцементный раствор.

  CFA -это одна из самых прогрессивных технологий, которая значительно сокращает время обустройства буронабивной сваи, где бурение выполняется с помощью полых шнеков, в стержне которых располагается канал для подачи раствора внутрь скважины. Когда при бурении достигнута проектная глубина скважины, с помощью насоса в полость шнека нагнетается бетонная смесь. Она выдавливает заглушку, которая при бурении препятствует попаданию почвы в канал, и начинает заполнять скважину. Заполнение скважины бетоном сопровождается одновременным поднятием буровой колонны (с вращением либо без него), в результате чего происходит формирование столба буронабивной сваи. Бетонная смесь подается под давлением, она не только заполняет полость выемки, но и оказывает уплотняющее воздействие на стенки грунта, что в значительно увеличивает несущую способность почвы. Металлический армокаркас погружается в скважину посредством вибропогружателя.

  Буронабивные сваи - технология, используемая при возведении зданий и сооружений с глубокими фундаментами - многоэтажные промышленные и жилые здания, дорожные развязки, опоры под мосты, эстакады и др., когда существуют большие сосредоточенные горизонтальные и вертикальные нагрузки, а также со сложными условиями строительства.

  Буронабивные сваи устраивают без использования обсадных труб в маловлажных породах. В этом случае бурение можно осуществлять без крепления стенок скважин. В водонасыщенных породах устройство буронабивных свай проводят под защитой обсадных труб или полимерного или глинистого бурового раствора.

  Буронабивные сваи формируются из цемента, срок схватывания которого должен быть не менее 2 ч. Подвижность бетонной смеси обеспечивается подбором ее состава и введением в смесь поверхностно-активных пластифицирующих добавок.

  Преимущества использования буронабивных свай:

• применение в сложных геологических условиях: малоустойчивый, обводненный грунт;
• передача на буронабивные сваи больших нагрузок;
• отсутствие сотрясений и вибраций в процессе установки свай;
• использование в качестве оснований, а также прочных грунтов, залегающих на большой глубине.
• Буронабивные сваи. Технология устройства
• подготовительные работы на строительной площадке;
• подготовка обсадных труб;
• бурение скважин для свай;
• установка арматурного каркаса;
• установка бетонолитной трубы;
• подача бетонной смеси;
• извлечение секций обсадной трубы;
• уплотнение бетонной смеси.

  Бурение каждой скважины должно начинаться после инструментальной проверки отметок спланированной поверхности земли и положения буронабивной сваи. Должна быть произведена геодезическая разбивка осей сооружения и надежное закрепление на местности положения рядов из буросекущихся свай с оформлением акта, к которому прилагаются схемы расположения знаков разбивки, данные о привязке к базисной линии и к высотной опорной сети.

  Бурение скважин выполняется с применением инвентарной обсадной трубы и режущего наконечника. В процессе бурения скважин совершаются непрерывные возвратно-вращательные движения обсадной трубы во избежание ее засасывания. По достижении забоем проектной отметки его тщательно зачищают от бурового шлама грейфером или ковшовым буром. При извлечении и демонтаже обсадных труб должно учитываться возможное понижение уровня бетона в скважине и опускание бетонолитной трубы, величина которого устанавливается опытным путем.

  В качестве оборудования для погружения обсадных труб и для бурения применяются бурильно-крановые машины, а поэтапный демонтаж секций обсадной трубы производится бурильно-крановой машиной по мере бетонирования свай.

  После завершения бурения скважины и ее зачистки производится установка арматурного каркаса сваи. Арматурные каркасы для буронабивных свай изготавливают обычно на специализированных участках с обязательной маркировкой. До погружения армокаркаса в скважину последнюю освидетельствуют в присутствии представителя проектной организации (авторского надзора) с составлением акта.

  Установка арматурного каркаса в скважину при отсутствии соответствующего паспорта (сертификата) к нему не допускается. Диаметр арматурного каркаса должен быть на 80-100 мм меньше внутреннего диаметра обсадной трубы во избежание заклинивания его в трубе.

  Способ строповки, подъем и опускание арматурного каркаса в скважину должны исключить появление в нем деформаций. Каркас опускается в положение, обеспечивающем его свободное прохождение в скважину.

  Заполнение скважины бетонной смесью начинается после зачистки забоя и проверки глубины скважины, но не позднее чем через 2 ч после окончания бурения. При более длительном перерыве производится повторная зачистка забоя.

  Для вертикального перемещения бетонной смеси в скважинах используется инвентарные трубы, состоящие из отдельных инвентарных секций длиной 2, 4, 6 м с быстроразъемными стыками. По мере заполнения скважины бетонной смесью бетонолитные трубы постепенно извлекаются на поверхность и поочередно удаляются верхние секции. Для подачи бетонной смеси в трубу часто используют приемный бункер, патрубок которого болтами соединяется с секциями бетонолитной трубы.

  Укладка бетонной смеси в скважину производится методом вертикально перемещающейся трубы (ВПТ). Установка бетонолитной трубы в скважину перед бетонированием производится так, чтобы ее нижний конец был расположен выше забоя скважины на 200-250 мм (начальное положение). Нижнее звено бетонолитной трубы в процессе укладки бетонной смеси должно быть постоянно заглублено в восходящую смесь не менее 2000 м. Перерывы в бетонировании не допускаются.

  Время начала и конца бетонирования фиксируется в соответствующем журнале работ. В течение всего процесса бетонирования колонне обсадных труб придается постоянное возвратно-вращательное движение (в пределах хода двойного качания хомута) во избежание ее засасывания. Бетонная смесь в пределах верхних 3 м сваи по окончании бетонирования тщательно уплотняется глубинным вибратором.

  Шагающая установка KLB20-700 имеет преимущество в более низкой стоимости, гибкость работы в различных условиях на не подготовленных грунтах за счет минимального удельного давления за счет больших опорных поверхностей , чем буровые установки других производителей на гусеничном шасси.

  Предлагаемая модель шагающего копра KLB20-700 сразу имеет в комплекте шнеки диаметром 500, 530 и 630мм. Длинной до 20м. (4шт по 5 метров).

  Бурильные шнеки изготовлены из высокопрочной стали.

  Шагающая установка KLB20-700 сконструирована наилучшим образом для максимального удобства в разборке, перевозке на трале с одного объекта на другой и обслуживании.