Цементация грунтов восходящим способом при поглощении цемента и песка

Обновлено: 18.05.2024

Укрепление грунтов способом цементации

Цементацию грунтов применяют при проходке стволов шахт, усилении оснований фундаментов существующих зданий, для во-доподавления и создания защитной цементной оболочки в грунте вокруг обделки сооруженного тоннеля. Процесс заключается в нагнетании под давлением через пробуренные скважины цементных, цементно-глинистых или глинисто-цементных растворов, которые заполняют трещины, пустоты и поры в грунтовом массиве, что приводит к ликвидации или резкому сокращению водопритока. Наилучший эффект цементация дает в трещиноватых скальных грунтах, в валунно-галечниковых отложениях и гравелистых грунтах при скорости движения грунтовых вод до 300 м/сут и удельном во-допоглощении не менее 0,5 л/мин. Не поддаются цементации мелкозернистые пески, плывуны, глинистые грунты.

Различают два вида цементации: предварительную, осуществляемую до проходки выработки через скважины, пробуренные с поверхности или из забоя выработки, и последующую, выполняемую после проходки и закрепления выработки с целью заполнения оставшихся пустот.

При цементации с поверхности (рис. 90, а) скважины располагают на расстоянии 2-2,5 м от стены будущей выработки. Расстояние между скважинами 2-3 м.

Глубина цементационных скважин зависит от размеров зоны цементации. Скважины бурят и породы цементируют в несколько приемов (зонами), в пределах 10-15 м. После окончания цементации (через 1-3 сут) цементную пробку разбуривают и скважину углубляют для подготовки к цементации следующего участка.

Рис. 90. Схема цементации грунтов перед проходкой ствола шахты: а-с поверхности земли; б — из забоя ствола; 1 — контур ствола; 2 — цементационная скважина (заштрихована зона нагнетания уплотняющего слоя цементного раствора); 3 — растворомешалка; 4 — растворовасос; 5 — цементационный трубопровод; 6 — тампонная перемычка: 7 — обратный трубопровод (при циркуляционном способе нагнетания раствора)

Для приготовления цементационных растворов применяют растворосмесители, а нагнетание производят цементными растворонасосами. Применяют также передвижные (смонтированные на автомобилях) цементационные установки, оборудованные смесительными баками, гидравлическими цементомешалками, водяными и цементационными насосами.

Цементацию можно вести нисходящими заходками, когда бурение и нагнетание производят последовательно участками сверху вниз, и восходящими заходками, когда скважины бурят сразу на полную глубину, а раствор нагнетают с одновременным подъемом инъектора.

Очередность нагнетания раствора в скважины устанавливается проектом в зависимости от характера трещиноватости и водоносности пород. Цементацию заканчивают, когда удельное водопоглощение пород не превышает 0,05 л/мин на 1 м длины скважин.

Химическое закрепление грунтов

При строительстве метрополитенов химическими методами закрепляют грунты под фундаментами зданий и сооружений, расположенных вблизи трассы метрополитена, с целью защиты от возможных осадок при проходке тоннелей закрытым способом, а также для защиты подземных коммуникаций от просадок и в некоторых других случаях.

Процесс заключается в нагнетании в грунт под давлением (через систему инъекторов или скважин) водных растворов силиката натрия (жидкого стекла) с отвердителем или синтетической смолы с отвердителем. В первом случае процесс называют силикатизацией, во втором — смолизацией.

При силикатизации также широко используют цементно-силикатные и глиносиликатные растворы в смеси с отвердителями.

В качестве отвердителей можно применять хлористый кальций, ортофосфорную, кремнефтористоводородную или щавелевую кислоту, алюминат натрия.

При смолизации используются водные растворы карбамидных смол с кислотными отвердителями.

Вид, концентрацию и рецептуру растворов выбирают в зависимости от физико-механических свойств грунтов и гидрогеологических условий закрепляемого участка.

Силикатизацию (двух— и однорастворную) и смолизацию можно использовать как способ постоянного закрепления грунтов оснований зданий и сооружений на весь период их эксплуатации. Эти способы эффективные в песчаных грунтах и трещиноватых скальных породах с коэффициентом фильтрации от 0,5 до 80 м/сут.

При двухрастворной силикатизации производят поочередное нагнетание через инъекторы силиката натрия (жидкого стекла) и раствора отвердителя (хлористого кальция).

Рис. 91. Вертикальный инъектор для закрепления грунтов

При однорастворной силикатизации одновременно нагнетают гелеобразующую смесь из раствора силиката натрия с отвердителем. По этой же технологии нагнетаются цементно-сили-катные и глиносиликатные растворы, состоящие из смеси цемента или бентонитовых глин, силиката натрия.

В песчаных и других слабых грунтах инъекторы погружают в грунт ударами пневматических молотков или дизель-молотов копровых установок. В гравелистых, трещиноватых скальных грунтах инъекторы погружают в предварительно пробуренные скважины.

Инъектор для вертикального инъектирования (рис. 91) представляет собой колонну стальных бесшовных труб 3. Нижняя часть инъектора состоит из конического наконечника 5 и участка цельнотянутой трубы 4, по периметру которой просверлены отверстия диаметром 3 мм, расположенные в шахматном порядке. От засорения грунтом отверстия защищены резиновыми клапанами. Верхняя труба имеет штуцер 2 для присоединения к нагнетательному шлангу и съемный наголовник / для восприятия ударов при погружении.

При проведении работ из забоя тоннеля применяются горизонтальные инъекторы, состоящие из манжетных колонн и тампонов. Манжетная колонна состоит из звеньев, труб, которые наращивают по мере бурения колонны или ее углубления в скважину. На каждом звене расположены прорези’с отверстиями, прикрытыми резиновыми манжетами. Первое звено манжетной колонны имеет наконечник для заглубления в грунт.

Тампон представляет собой две соединенные друг с другом трубы, имеющие в средней части отверстия для выхода раствора, прикрытые резиновой манжетой, а на концах разжимные клапаны, которые регулируют проникновение раствора в строго ограниченную зону инъекционной манжетной колонны. Тампон закрепляют на трубе, по которой подается инъекционный раствор в зону между двумя клапанами.

Нагнетание химических растворов ведут заходками, обеспечивающими монолитность закрепления грунта. Так, закрепление грунта с помощью вертикальных инъекторов ведут сверху вниз заходками на длину перфорированной части инъектора. На каждой заходке нагнетают раствор, в результате чего вокруг инъектора образуется столбчатый участок закрепленной породы (рис. 92). Иногда применяют нагнетание восходящими заходками, при котором инъектор сразу забивают на полную глубину, а затем поднимают вверх по мере нагнетания отдельными заходками. Для сплошного закрепления массива грунта инъекторы располагают в плане рядами в шахматном порядке. Радиус зоны закрепления породы вокруг одного инъектора зависит от коэффициента фильтрации грунтов и колеблется в пределах от 30 до 100 см.

При закреплении грунта в процессе проходки тоннеля глубина заходки может колебаться в пределах от 5-8 до 25-30 м в зависимости от гидрогеологических условий участка и длины пробуриваемых скважин.

Расстояние между инъекторами в ряду, а также расстояния между рядами инъекторов принимают в полтора раза (или несколько больше) превышающими радиус зоны закрепления грунта от одного инъектора.

Бурение скважин или задавливание инъекторов ведут при наличии впереди забоя целика закрепленного грунта или бетонной стенки, в которой устанавливают кондукторы для бурения скважин, установки инъекторов и в случае необходимости запорной арматуры, для предотвращения выброса водоносного грунта.

Инъекцию раствора выполняют следующим образом. Манжетную колонну устанавливают сразу на всю длину пробуренной скважины. Тампон закрепляют на трубе, по которой подается раствор, и вдвигают ее в манжетную колонну до конца последней. По мере продвижения тампона на нужную длину трубу наращивают. Среднюю часть тампона с отверстиями устанавливают строго против отверстий в манжетной колонне в тех местах, где надо делать инъекцию. Этим обеспечивается быстрота и качество работ по закреплению грунтов.

В ряде случаев применяют прямое инъецирование в грунт через инъекторы без применения манжетных колонн. Технология таких работ заключается в последовательной обработке зоны неустойчивых грунтов заходками по 3-5 м в направлении от забоя в глубь горного массива (рис. 93). Работу начинают с бурения скважин, установки инъекторов и закрепления грунта на первой заходке у бетонной стенки. Затем повторяют те же операции на следующей заходке, пока вся зона не будет закреплена.

Рис. 92. Схема расположения инъекторов в массиве закрепляемого грунта: а — при одиночной инъекции; б — при закреплении на глубину двух заходок

Рис. 93. Схема химического закрепления грунта при проходке горизонтальной выработки: а — подготовка тоннеля к производству закрепления грунтов; б — бурение скважин для закрепления первого (начального) участка зоны неустойчивых грунтов; в — проходка тоннеля по первому участку закрепленных грунтов; г — выход тоннеля из зоны закрепленных неустойчивых грунтов; 1 — тоннель; 2 — оборудование для химического закрепления грунтов; 3 и 6 — зоны устойчивых грунтов; 4 — бетонная предохранительная стенка; 5 — зона неустойчивых грунтов; 7, S — первый и второй участки зоны неустойчивых грунтов, закрепленные химическим способом; 9 — проходческое оборудование

Способы нагнетания растворов.Технологию процесса двухрастворной силикатизации выбирают в зависимости от скорости движения подземных вод: чем больше скорость, тем быстрее должны вступить в химическую реакцию нагнетаемые растворы, чтобы не произошло их вымывание.

При последовательном способе инъектор забивают на глубину первой заходки, нагнетают жидкое стекло, затем забивают его на глубину второй заходки и снова нагнетают тот же раствор, повторяя процесс до требуемой глубины. После этого инъектор извлекают, забивают на полную глубину другой инъектор и, постепенно извлекая его, нагнетают раствор хлористого кальция. Этот способ применяют при скоростях потока воды менее 1 м/сут.

При способе нагнетания по заходкам на глубину каждой за-ходки поочередно забивают и извлекают инъектор для жидкого стекла и инъектор для хлористого кальция. Этот способ применим при скоростях потока от 1 до 3 м/сут.

При одновременном способе нагнетания на каждую заходку забивают два инъектора на расстоянии 15-20 см один от другого и одновременно нагнетают в инъектор жидкое стекло, в другой-раствор хлористого кальция. Этот способ целесообразно применять при скоростях потока более 3 м/сут.

Однорастворную силикатизацию применяют для закрепления мелкозернистых и пылеватых песков с коэффициентом фильтрации 0,5-2,0 м/сут. Гелеобразующую смесь готовят непосредственно перед нагнетанием путем смешивания в смесителе жидкого стекла с раствором отвердителей и сразу же с помощью насосов через инъектор нагнетают в грунт.

Смолизацию грунтов ведут по принципу однорастворной силикатизации. Рабочий раствор приготовляют непосредственно перед нагнетанием в такой последовательности: в отдельных баках готовят растворы смолы и отвердителя. Затем к раствору смолы добавляют отвердитель и после тщательного перемешивания смесь нагнетают в грунт через инъекторы. Время гелеобразования 1,5-4 ч.

При силикатизации и смолизации необходимо вести постоянный контроль качества исходных материалов и строго соблюдать подобранные лабораторным путем их количества при перемешивании. Качество выполненных работ проверяют путем забивки в разных местах контрольных инъекторов, через которые нагнетают воду для определения остаточного удельного водопоглощения закрепленных грунтов.

Цементация грунтов нисходящим способом

При цементации грунтов нисходящим способом сначала бурят скважину на глубину зоны, а затем в нее инъецируют раствор до отказа, т. е. до момента, когда либо наступает полное прекращение поглощения раствора. Глубина зоны зависит от степени трещиноватости породы, и составляет обычно 2-5 м.

Цементация грунтов нисходящим способом технология

После окончания цементации первой зоны скважина оказывается заполненной цементным камнем. Для цементации второй зоны разбуривают скважину в первой зоне и углубляют ее до подошвы второй зоны, после чего проводят цементацию, затем разбуривают скважину во второй зоне и т. д.

К достоинствам способа цементации нисходящими зонами относятся возможность уточнения глубины завесы в процессе производства работ в зависимости от качества встречающихся пород и возможность цементации при высоких давлениях, так как уплотнение последующих зон выполняется при законченной цементации вышележащих. Кроме того, качество цементации повышается благодаря многократному нагнетанию раствора в верхние зоны. К недостаткам способа относятся потери времени и средств на неоднократное переоборудование скважин для бурения и цементации и необходимость разбуривания ц ементного камня предыдущей зоны перед бурением последующей. Разбуривание начинают через 6-8 ч после окончания цементации.

На качество цементации отрицательно влияют прорывы раствора на поверхность земли, наиболее вероятные при инъекции верхних зон. В этом случае снижают давление инъекции или прерывают нагнетание. Вообще не следует останавливать инъекцию при первых признаках выхода раствора на поверхность земли, а надо попытаться уменьшить его. Для этого используют деревянные клинья, ветошь, бумагу или шпаклюют места выходов густым раствором. При большом числе выходов эти меры обычно малоэффективны. Ограничить выход можно применив для инъекции быстросхватывающийся раствор либо прекратив инъекцию на несколько часов для схватывания инъецированного раствора.

Цементация под пригрузкой полностью исключает прорыв раствора на поверхность земли. В качестве пригрузки используют полностью или частично возведенное бетонное сооружение либо слой грунта, лежащий над цементируемой породой.

Цементация грунтов нисходящим способом при поглощении цемента и песка

Состав работ по ГЭСН 05-03-001-01

01. Установка нагнетателя в скважину.
02. Присоединение нагнетательной линии.
03. Промывка скважины и гидравлическое опробование.
04. Приготовление раствора.
05. Нагнетание раствора в скважину.
06. Заделка мест выхода раствора на поверхность.
07. Извлечение и перестановка нагнетателя.
08. Промывка нагнетательного оборудования после цементации.
09. Перемещение нагнетательной линии.

Цементация грунтов нисходящим способом подрядчик

Компания ПроектДон является надежным подрядчиком по цементации грунтов нисходящим способом. Специалисты компании владеют всей необходимой информацией об особенностях грунтов регионов России. Мы в кратчайшие сроки определим причины деформации здания и устраним их. Звоните: 8 (961) 295 28 55.

Методы цементации грунта

С учетом технологических особенностей и характеристик укрепляемых грунтов можно выделить следующие методы цементации грунтов:

инъекция цементного раствора в режиме пропитки;
инъекция в режиме виброцементации;
инъекция в режиме гидроразрывов;
смешение цементного раствора с грунтом струйным или буросмесительным способом

Цементация в режиме пропитки крупнообломочных грунтов и гравелистых песков

При цементации методом иньекции в режиме пропитки трещиноватых крупнообломочных грунтов и гравелистых песков с коэффициентом фильтрации свыше 80 м/сут используются цементные растворы из цементов общестроительного назначения с удельной поверхностью частиц не более 4·10 3 см 2 /г.
Для качественного закрепления трещиноватых и закарстованных грунтов в пределах закрепляемого массива должны быть обеспечены локализация растворов, нагнетаемых через скважины, и заполнение всех трещин (каналов, полостей). Для этого необходимо: создание защитного барьера против выхода растворов за контур закрепляемого массива путем предварительной цементации через барьерные скважины, расположенные по контуру массива, с последующей инъекцией растворов внутри контура. Нагнетание цементного раствора в скважину (зону) в трещиноватые породы производят до «отказа». За «отказ» в поглощении принимают снижение расхода раствора до 5–10 л/мин при проектном давлении.

Цементация методом инъекции в режиме пропитки песчаных грунтов

Закрепление песчаных грунтов от крупных до мелких может производиться цементацией в режиме пропитки по двум технологиям:
- инъекцией растворов, приготовленных из высокодисперсных цементов (микроцементов), отличающихся показателем удельной поверхности свыше 10 4 см 2 /г;
- инъекцией растворов, приготовленных из цементов общестроительного назначения, по технологии виброцементации.
Производство работ по закреплению микроцементами песчаных грунтов с коэффициентом фильтрации 1…80 м/сут включает последовательные этапы: погружение инъекторов в грунт или бурение и оборудование инъекционных скважин манжетными колоннами; приготовление цементного раствора в растворомешалках скоростного типа с повышенным числом оборотов (более 2500 об/мин) и непрерывное перемешивание в целях сохранение стабильности от расслоения и седиментации цементных частиц до его внедрения в грунт; нагнетание цементного раствора в грунт; извлечение инъекторов или ликвидация инъекционных скважин.

Закрепление песков с коэффициентом фильтрации 0,1…80 м/сут при любой степени влажности производится по технологии виброцементации цементным раствором, приготовленным из цементов общестроительного назначения. Она состоит в одновременном выполнении процессов погружения инъектора в грунт с помощью высокочастотного вибропогружателя и нагнетания через него цементного раствора. Существует несколько разновидностей способа создания виброиньекционных свай. К ним, в частности, относится способ создания виброинъекционных микросвай.
Диаметр грунтоцементной колонны, образующейся при виброцементации, в зависимости от конструкции инъектора составляет от 0,3 до 0,8 м, а прочность камня в зависимости от расхода цемента составляет до 10 МПа и более. Расход цементного раствора при виброцементации регулируется скоростью погружения инъектора в грунт, которая в среднем составляет от 0,4 до 1,0 м/мин, а также числом возвратно-поступательных проходов инъектора вверх-вниз.

Инъекция цементного раствора в грунт в режиме гидроразрывов

Усиление грунтов путем образования локально направленных гидроразрывов (вертикальных, горизонтальных или наклонных), заполняемых твердеющим материалом растворов, применяется в песчаных, просадочных и пылевато-глинистых грунтах в целях армирования массивов, а также для оперативной компенсации при изменениях напряженно-деформированного состояния грунтов основания сооружений.
Усиление грунтов армированием и восстановление напряженно-деформированного состояния грунта производят по технологии гидроразрывов зонами по глубине до 0,5 м путем нагнетания крепящего раствора через скважины, оборудованные манжетными колоннами, или инъекторы, позволяющие неоднократно и в любой последовательности обрабатывать зоны высотой до 0,5 м.
Качество усиления грунтов путем армирования обеспечивается локализацией нагнетаемых растворов в пределах закрепляемого массива, для чего создают защитный барьер против выхода растворов за контур закрепляемого массива путем предварительной цементации через барьерные скважины, расположенные по контуру массива, с последующей инъекцией растворов внутрь контура через систему распределенных скважин.
Нагнетание расчетного количества раствора в зону производится до «отказа» в поглощении. За «отказ» принимают: снижение расхода раствора до 5–10 л/мин в зону с одновременным повышением давления нагнетания выше проектного.

Цементация грунтов по буросмесительной технологии

Оценка качества выполненных работ по армированию массива грунта методами цементации после завершения инъекционных работ осуществляется путем проведения штамповых испытаний, статическим или динамическим зондированием и исследованием грунтов в открытых шурфах.

Методы цементации грунтов Ростов-на-Дону

Цементация грунтов восходящим способом

Бурение скважин и инъекция растворов выполняются нисходящими или восходящими заходками.
Глубина заходок (длина инъектируемого участка скважины) не должна превышать 10 м. В неустойчивых, нарушенных, сильно обводненных грунтах, глубину заходок следует уменьшить до 3 м.

Нисходящая заходка – скважина бурится на глубину первой от устья скважины заходки, инъектируется, затем заинектированная зона грунта разбуривается, скважина бурится на глубину второй заходки, инъектируется и т.д.

Восходящая заходка – скважина разбуривается на проектную глубину, грунт инъектируется последовательно, заходками, от забоя скважины к устью.

Режимы бурения скважин (число оборотов бурового инструмента, осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент, количество промывочной жидкости) должны выбираться с учетом конкретных горно-геологических условий, диаметра бурения, типа породоразрушающего инструмента, глубины скважин и характеристик применяемого бурового оборудования.

Погружение инъекторов в грунты для инъекции раствора может производиться забивкой, задавливанием или установкой в предварительно пробуренные инъекционные скважины.
Выбор способа погружения зависит от вида грунта, глубины укрепления и наличия окружающей застройки.

Компания ПроектДон является надежным подрядчиком по цементации грунтов восходящим способом. Специалисты компании владеют всей необходимой информацией об особенностях грунтов регионов России. Мы в кратчайшие сроки определим причины деформации здания и устраним их. Звоните: 8 (961) 295 28 55.

ГЭСН 05-03-001-08

Цементация грунтов восходящим способом при поглощении цемента и песка: до 400 кг

ЛОКАЛЬНАЯ РЕСУРСНАЯ ВЕДОМОСТЬ ГЭСН 05-03-001-08

ЗНАЧЕНИЯ РАСЦЕНКИ

В расценке учтены только прямые затраты работы на период 2000 года (Федеральные цены), которые рассчитаны по нормам ГЭСН выпуска 2009 года. Для дальнейшего применения, к указанной цене применяется коэффициент перехода в текущие цены.

Вы можете перейти на страницу расценки, которая рассчитана на основе нормативов редакции 2014 года с дополнениями 1
Основанием применения состава и расхода материалов, машин и трудозатрат являются ГЭСН-2001

ТРУДОЗАТРАТЫ

СМЕТНАЯ ПРОГРАММА ON-LINE ФСНБ-2020

ЭКСПЛУАТАЦИЯ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ

РАСХОД МАТЕРИАЛОВ

ИТОГО ПО РЕСУРСАМ: 11 881,19 Руб.

ВСЕГО ПО РАСЦЕНКЕ: 13 526,02 Руб.

Посмотрите стоимость этого норматива в редакции 2020 года открыть страницу

Сравните значение расценки со значением ФЕР 05-03-001-08

Для составления сметы, расценка требует индексации перехода в текущие цены.
Расценка составлена по нормативам ГЭСН-2001 редакции 2009 года в ценах 2000 года.
Для определения промежуточных и итоговых значений расценки использовалась программа DefSmeta

Цементация грунтов восходящим способом при поглощении цемента и песка: до 400 кг

В расценке указаны прямые затраты работы на период марта 2014 года для города Москвы, которые рассчитаны на основе нормативов 2014 года с дополнениями 1 путём применения индексов к ценам используемых ресурсов. Индексы применялись к федеральным ценам 2000 года.
Использованы следующие индексы и часовые ставки от "союза инженеров-сметчиков":
Индекс к стоимости материалов: 7,485
Индекс к стоимости машин: 11,643

Используемые часовые ставки:
В скобках указана оплата труда в месяц при данной часовой ставке.
Часовая ставка 1 разряда: 130,23 руб. в час (22 920) руб. в месяц.
Часовая ставка 2 разряда: 141,21 руб. в час (24 853) руб. в месяц.
Часовая ставка 3 разряда: 154,46 руб. в час (27 185) руб. в месяц.
Часовая ставка 4 разряда: 174,34 руб. в час (30 684) руб. в месяц.
Часовая ставка 5 разряда: 200,84 руб. в час (35 348) руб. в месяц.
Часовая ставка 6 разряда: 233,96 руб. в час (41 177) руб. в месяц.

Перейдя по этой ссылке, Вы можете посмотреть данный норматив рассчитаный в ценах 2000 года.
Основанием применения состава и расхода материалов, машин и трудозатрат являются ГЭСН-2001

ТРУДОЗАТРАТЫ

Определяем стоимость строительства дома. Цена за тридцать минут.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ

РАСХОД МАТЕРИАЛОВ

ИТОГО ПО РЕСУРСАМ: 119 372,43 Руб.

ВСЕГО ПО РАСЦЕНКЕ: 149 181,08 Руб.

Вы можете посмотреть данный норматив рассчитаный в ценах 2000 года. перейдя по этой ссылке

Расценка составлена по нормативам ГЭСН-2001 редакции 2014 года с дополнениями 1 в ценах марта 2014 года.
Для определения промежуточных и итоговых значений расценки использовалась программа DefSmeta

Цементация грунтов восходящим способом при поглощении цемента и песка: до 200 кг

ТРУДОЗАТРАТЫ

СМЕТНАЯ ПРОГРАММА ON-LINE ФСНБ-2020

ЭКСПЛУАТАЦИЯ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ

РАСХОД МАТЕРИАЛОВ

ИТОГО ПО РЕСУРСАМ: 210 836,23 Руб.

ВСЕГО ПО РАСЦЕНКЕ: 228 972,82 Руб.

Вы можете посмотреть данный норматив рассчитаный в ценах 2000 года. перейдя по этой ссылке

2. Правила исчисления объемов работ

2.1. Объемы работ по закреплению грунтов в измерителях, принятых в настоящих расценках, определяются проектом.

2.2. Расход материалов на 1 м цементируемой части скважины следует принимать исходя из количества поглощаемого материала, определяемого проектом по данным опытных нагнетаний и инженерно-геологических изысканий с учетом норм, приведенных в таблице 2.1.

2.3. Заливка цементируемой части скважины определяется на 1 м скважины.

2.4. Расход и состав реактивов для силикатизации и смолизации грунтов определяется проектом

Среднее удельное водопоглощение в закрепляемом объекте, л/мин, м, до

Среднее поглощение сухого материала, кг на 1 м, цементируемой части скважины

Цементация грунтов

Цементация грунтов, как способ производства строительных работ, представляет собой заполнение пустот и трещин в грунтах цементным или цементно-глинистым раствором, превращающимся со временем в твердый цементный или цементно-глинистый камень. Инъекционные растворы вводятся в пустоты грунта через пробуренные скважины.

В результате заполнения пустот повышается несущая способность основания, предотвращающая возможные обрушения кровли пустот и недопустимые осадки сооружения, вызванные обрушениями. В основаниях, где пустоты имеют карстовое происхождение, их заполнение вызывает ослабление интенсивности карстовых процессов, если эти процессы имеют место в современный период.

Применение цементации возможно и целесообразно в скальных и полускальных основаниях сооружений при наличии пустот большого размера, обрушение кровли которых ведет к значительным деформациям грунта и заполнение которых требует больших количеств инъекционных материалов.

Как правило, крупные пустоты в скальных и полускальных основаниях сооружений встречаются:

- в закарстованных грунтах, где образование пустот вызвано растворением карбонатных горных пород (известняков, доломитов), гипса, каменной соли;

- в пузырчатых лавах молодого возраста.

Размер пустот, подлежащих заполнительной цементации, определяется проектом.

Применение цементации возможно для повышения несущей способности крупнообломочных и крупнопористых нескальных грунтов. Ввиду недостаточного опыта цементации этих грунтов производство работ в этих грунтах допускается только на основе положительных результатов опытных работ, выполненных в натурных условиях.

Крупные пустоты, подлежащие цементации, встречаются также в нескальных грунтах оснований под подошвой фундаментов сооружений и в самих фундаментах.

Цементация неприменима в водоносных грунтах, в которых действительная скорость движения воды в пустотах превышает 2400 м/сут.

В этих случаях требуется предварительное проведение мероприятий по снижению скорости движения грунтовых вод устройством временных преград, откачкой или отводом водного потока.

Производство цементационных работ выполняется по проекту, в котором кроме общих требований, должны быть указаны следующие специальные данные и рекомендации для цементации грунтов:

- ожидаемый объем пустот, подлежащих заполнению, с вероятными допусками (ввиду невозможности точного определения объема пустот в проекте);

- способ проходки скважин и тип бурового инструмента при бурении в зоне цементации и в нецементируемых грунтах, залегающих над зоной цементации;

- длина цементируемых интервалов скважин, последовательность обработки скважин;

- конструкция верхней части скважин;

- места добычи, способы разработки и транспортировки местных инъекционных материалов, потребность в количестве материалов;

- способы нагнетания растворов, порядок изменения состава растворов.

Для цементации следует применять следующие инъекционные растворы: цементный (Ц); цементно-песчано-глинистый (ЦПГ); цементно-песчаный (ЦП); цементно-глинистый (ЦГ).

Цементные растворы с водоцементным отношением (В:Ц) от 1 до 0,4 следует применять в случаях:

- заполнения пустот, содержащих несвязный заполнитель в текучем состоянии, разрываемый и уплотняемый при внедрении цементного раствора;

- завершающего уплотнения пустот после введения в грунт инъекционного раствора на глинистой основе, обладающего повышенной усадкой;

- вспомогательного закрепления трещиноватых скальных пород, окружающих пустоты.

Цементные растворы следует использовать также для вспомогательной цементации основания фундаментов.

Во всех случаях, для цементации следует применять экономичные трехкомпонентные цементно-песчано-глинистые или двухкомпонентные цементно-песчаные или цементно-глинистые растворы.

Применение трехкомпонентных растворов предпочтительнее вследствие того, что:

- цементно-песчаные растворы, обладая повышенной расслаиваемостью, могут образовывать неравномерное заполнение пустот;

- цементно-глинистые растворы, обладая повышенной усадочностью, могут вызвать со временем образование остаточных полостей.

Выбор оптимального типа и состава инъекционного раствора для цементации следует предварительно производить по физико-механическим характеристикам используемых материалов с обязательным подтверждением этого выбора лабораторными исследованиями свойств раствора, обеспечивающих заданные требования к результатам цементации при минимальной стоимости раствора.

Для приготовления инъекционных растворов, как правило, должен применяться обыкновенный портландцемент, обеспечивающий наибольшую плотность цементного камня. Допускается также применение сульфатостойкого и тампонажного цементов.

Допустимость применения других видов цемента: шлакопортландцемента, пуццоланового портландцемента и глиноземистого цемента - должна быть подтверждена исследованиями характера твердения и плотности цементного камня, приготовленного на указанных цементах в условиях цементируемой среды.

Цемент, используемый для инъекционных растворов, должен удовлетворять требованиям соответствующих ГОСТов.

Соответствие цемента требованиям ГОСТа должно определяться для каждой партии цемента, поступающей на строительную площадку, независимо от заводских паспортных данных.

В качестве глинистых материалов для составления инъекционных растворов могут использоваться различные виды глинистых материалов: тяжелые и легкие глины, тяжелые и легкие суглинки, тяжелые супеси, не содержащие в своем составе зерен крупнее 2 мм.

Оптимальными для инъекции следует считать глинистые материалы, представляющие легкие пылеватые глины и пылеватые суглинки, удовлетворяющие следующим требованиям:

- преобладающей фракцией являются частицы размером 0,05- 0,005 мм;

- содержание частиц размером менее 0,005 мм не более 20%.

В качестве удешевляющего заменителя части цемента и глины в инъекционном растворе следует использовать золу-унос, являющуюся отходом тепловых электростанций при сухом золоудалении. Размер добавки золы-уноса в растворе определяется на основе лабораторных исследований.

При отсутствии специальных указаний в проекте крупность песка, используемого для инъекционных растворов, не должна превышать 2 мм.

При заполнении отдельных особо крупных пустот допускается применение в цементно-песчано-глинистых растворах крупнозернистого песка и гравия при условии обеспечения требуемого водоотделения инъекционного раствора.

Цементно-песчаные, цементно-глинистые и цементно-песчано-глинистые инъекционные растворы должны обладать следующими характеристиками:

- подвижность раствора по конусу АзНИИ 10-18 ми;

- водоотделение в течение двух часов - 0-4 %;

- прочность на сжатие после твердения в водной среде в течение 28 сут 0,5-2 МПа (5-20 кгс/см).

По имеющемуся опыту экономичные цементно-песчано-глинистые инъекционные растворы содержат в 1 м: цемента 100-250 кг, песка 900-1500 кг, глинистого материала 300-400 кг, воды 400-700л.

Плотность растворов, как правило, находится в пределах 1,6-1,85 кг/л.

В тех случаях, когда из-за особых свойств глинистых местных материалов и песка подбор инъекционного раствора с оптимальными параметрами затруднителен, следует вводить в растворы химические и поверхностно-активные добавки, влияющие на свойства глинистых материалов и цемента в растворах.

В зависимости от свойств основных материалов в качестве добавок рекомендуется применять: соду каустическую, соду кальцинированную, тринатрийфосфат, гексаметафосфат натрия, силикат натрия, бентонит.

Для цементации грунтов следует использовать буровое, растворосмесительное и насосное оборудование.

Инъекционные скважины должны размещаться согласно проекту, предусматривающему, как правило, расположение скважин по углам квадратной или ромбической сетки, перекрывающей площадь основания сооружения, содержащего пустоты.

Намеченные проектом инъекционные скважины следует бурить и инъецировать в порядке, определяемом способом последовательного сближения скважин - очередями.

Площадь основания, соответствующая одной скважине I очереди следует назначать в пределах 36-144 м; с каждой новой очередью скважин площадь, приходящуюся на одну скважину, следует сократить в 2 раза. При цементации скважин, расположенных в один ряд расстояние между скважинами I очереди обычно выбирается в пределах 6-12 и; при каждой новой очереди расстояние между скважинами сокращается в 2 раза.

Способ бурения скважин следует выбирать в зависимости от категории грунтов по буримости, глубины скважин, наклона скважин, характера трещиноватости грунтов и их устойчивости в стенках скважины; выбор способа бурения должен быть подтвержден технико-экономическим расчетом или опытом бурения в аналогичных грунтах.

В тех случаях, когда толща цементируемых скальных или полускальных грунтов покрыта толщей нескальных грунтов, бурение скважин в нескальных грунтах следует, как правило, производить с обсадкой скважины трубами.

Бурение скважины и ее инъецирование следует производить одной зоной в пределах мощности цементируемых грунтов, установленной проектом, за исключением случаев, указанных ниже.

Разделение скважин на зоны и поочередное нагнетание раствора в каждую из зон (зональную цементацию) следует производить:

- при наличии нескольких горизонтов распространения пустот в грунтах;

- при наличии разного характера пустот (по размерам, форме, составу заполнителя) на различных уровнях толщи цементируемых грунтов;

- при наличии мелких пустот, рассеянных в грунте;

- при цементации трещиноватых скальных пород, окружающих пустоты.

После бурения скважина в пределах цементируемой части скальных или полускальных пород должна быть очищена от шлама и завалов и промыта вплоть до появления осветленной воды у устья скважины.

В случае поглощения промывочной воды нагнетание воды в скважину производится в течение 10 мин при полной подаче насоса (100-300 л/мин).

Для подачи раствора пробуренные скважины должны оборудоваться:

- обсадной трубой, если цементируемые скальные грунты покрыты толщей несвязных грунтов;

- кондуктором, заделанным в скальный грунт, если покровные отложения отсутствуют.

Подача раствора в полости большого размера без давления (у устья скважины) производится через внутреннюю нагнетательную трубу (или буровой став), опущенную через обсадные трубы или кондуктор до забоя скважины.

Подача раствора под давлением в грунт, содержащий или сохранивший (после заполнения крупных пустот) мелкие пустоты, через нагнетательную трубу после закрытия устья скважины или установки тампона в обсадной трубе или кондукторе.

Начатое нагнетание инъекционного раствора в пустоты грунта должно продолжаться непрерывно (за исключением профилактических перерывов) до заполнения цементируемых пустот раствором и появления "отказа" в поглощении раствора.

За отказ следует принимать снижение расхода инъекционного раствора до 5-10 л/мин при избыточном давлении раствора у устья скважины, назначаемом проектом.

Как правило, избыточное давление у устья скважины при отказе принимается в размере 0,1-0,5 МПа (1-5 кгс/см).

Профилактические перерывы для проверки и промывки оборудования следует назначать через каждые 4-8 ч нагнетания раствора.

Если нагнетание раствора производилось без избыточного давления (у устья скважины), в случае появления давления следует произвести кратковременную промывку инъекционной системы водой, с целью предотвращения получения "ложного отказа" (закупорки системы), после чего нагнетание раствора возобновляется.

В случае длительного нагнетания раствора без избыточного давления (у устья скважины), наблюдаемого при обработке скважин, расположенных по внешнему контуру области грунта, содержащей цементируемые пустоты, допускается прекращать нагнетание раствора до наступления отказа после введения 10-20 мраствора.

После достижения отказа путем промывки системы и повторного нагнетания раствора следует убедиться в том, что отказ не является ложным. После этого полость скважины заливается густым цементно-песчаным раствором.

В период нагнетания раствора должны производиться наблюдения за возможными выходами нагнетаемого раствора на поверхность.

Если заделка выхода раствора снаружи или уменьшение интенсивности подачи раствора являются безуспешными, нагнетание раствора следует прекратить и возобновить его через рядом расположенную или дублирующую скважину.

Первичная техническая документация при бурении скважин для цементации заключается в ведении бурового журнала, в котором фиксируются по каждой скважине или зоне (при зональной цементации):

- номер, место расположения и диаметр (конструкция) скважины;

- пройденные грунты по глубинам;

- встреченные пустоты по глубинам с указанием их размера (по высоте провала инструмента) и характера заполнителя пустот;

- конечная глубина скважины (или глубина низа пробуренной зоны);

- другие особенности пробуренных грунтов или подземных вод согласно указаниям проекта.

Первичная техническая документация при проведении нагнетания раствора состоит из журнала инъекции, в котором фиксируются по каждой скважине или зоне (при зональной цементации):

- номер скважины, ее глубина и диаметр, глубина низа обсадных труб или кондуктора, глубина установки тампона;

- текущие дачные, записываемые по мере инъекции;

- время измерения, состав нагнетаемого раствора, количество введенного раствора, давление, отклонения от нормального хода инъекции;

- общее количество израсходованных материалов.

По данным первичной документации работ должны составляться отчетные документы о проделанной работе, включающие:

- технический отчет, составляемый по каждой скважине (или зоне скважины в случае зональной цементации) и включающий основные показатели результатов выполненной инъекции;

- исполнительные профили (разрезы) по участку инъекционных работ с указанием результатов инъекции в графическом исполнении.

Операционный контроль, выполняемый в процессе производства инъекционных работ, должен включать:

- входной контроль качества исходных материалов, поступающих для цементации;

- контроль свойств приготовленного инъекционного раствора, проводимый не реже двух раз в рабочую смену, если приготовление раствора не автоматизировано;

- контроль за соблюдением методов производства буровых и инъекционных работ.

Методы контроля результатов выполненных инъекционных работ должны быть установлены проектом в зависимости от природных особенностей цементируемых грунтов и их пустот и назначения цементации, определяемого характером и конструкцией сооружения, в основании которого проводится цементация.

Как правило, контроль результатов работ следует проводить бурением контрольных скважин и оценкой размеров остаточных незаполненных пустот по провалам бурового инструмента. Число контрольных скважин следует назначать в пределах 5-10% числа основных цементационных скважин.

При отсутствии специальных указаний в проекте работы по заполнительной цементации пустот следует признать достаточными, если размер остаточных пустот, по результатам контрольного бурения, не превышает 0,2 м для 95% случаев обнаружения пустот, этом пустоты, имеющие размеры свыше 0,2 м, должны быть заполнены раствором через контрольные и дополнительно пробуренные скважины.

При цементации грунтов, обладающих средней и высокой скоростью растворения (гипса, каменной соли) или при наличии в окружении пустот легко размываемых нескальных грунтов, подверженных суффозионно-карстовым процессам, в качестве способа оценки достаточности выполненных цементационных работ следует предусматривать определение удельного водопоглощения грунтов по контрольным скважинам после цементации.

Допускаемая величина удельного водопоглощения устанавливается проектом.

При приемке законченных инъекционных работ исполнитель работ обязан представить приемочной комиссии:

- технический отчет о выполненных работах с приложением первичной (буровых журналов и журналов инъекции) к отчетной (технические отчеты и исполнительные чертежи) документации;

Читайте также: