Струйная цементация грунтов Jet Grouting
Струйная цементация грунтов Jet Grouting — это метод укрепления грунта, который в отличие от классических форм цементирования, при которых цементный раствор проникает в почву под не большим давлением, использует высокую кинетическую энергию в виде высокоскоростной струи цементного раствора для разрушения почвы и одновременного смешивания цементного раствора с грунтом. В результате образуется свая состоящая из грунта и цементного раствора, обладающая высокими прочностными и деформационными характеристиками.
Размер колоны полученной в результате струйной цементации грунтов зависит от типа грунта, плотности грунта, давления и расхода цементного раствора, скорости вращения, скорости подъема и типа используемой системы, Jet-1, Jet-2, Jet-3.
Область применения струйной цементации
Технология струйной цементации грунтов Jet Grouting применяется для повышения прочности почвы и уменьшения деформации грунта, а также для снижения водопроницаемости грунта.
Струйная цементация может использоваться для следующих видов буровых работ:
Преимущества струйной цементации
Несомненным преимуществом струйной цементации является то, что она может быть эффективной во всех типах грунтов начиная от песков, глин и заканчивая щебенистыми грунтами. В отличие от классических методов цементации, которые основаны на проницаемости через пустоты присутствующие во многих грунтах, струйная цементация разрушает окружающий грунт и перемешивает его с цементным раствором создавая при этом прочные грунтоцементные колонны. Инъекция может начинаться практически на любой глубине и завершаться на любом уровне ниже поверхности земли, в зависимости от необходимости укрепления грунта.
Основные преимущества технологии струйная цементация:
Оборудование для струйной цементации
Оборудование для производства работ по технологии струйная цементация:
Основным отличием буровых установок для струйной цементации от буровых установок работающих по другим технологиям, является наличие проходного вращателя, длинной мачты, таймера скорости подъёма и регулировки скорости вращения. Оптимальным выбором может стать буровая установка MDT 180, способная справится с большинством проектов имея в своём оснащении проходной вращатель и мачту с возможностью бурить скважины глубиной 21 метр за один проход без демонтажа и до стыковки штанг.
Среди насосов струйной цементации наиболее надёжными и качественными являются насосы производства компании Tecniwell. Модель Tecniwell TW 352 и TW400 способным выполнить большинство работ по струйной цементации и поэтому считаются самыми универсальными моделями. Трёхплунжерный насос Tecniwell TW 400 создаёт давление до 800 бар, расход цементного раствора до 580 литров в минуту.
Цемент и вода поступают в смесительную установку, где перемешиваются в необходимой пропорции. Среди смесительных установок стоит обратить внимание на Tecniwell TWM 20 рассчитанную на приготовление цементного раствора до 20 м3 в час. Растворный узел замешивает цементный раствор в необходимой пропорции, и подаёт их по рукавам высокого давления к трёхплунжерному насосу и далее к буровой установке.
Для большинства работ достаточно компрессора с производительностью 12 м3/час и давлением 10 бар.
Цементный раствор подаётся по рукавам высокого давления, рассчитанным на рабочее давление от 400 бар и выше. Гайка РВД фиксируются на цементном вертлюге, обеспечивающем свободное вращение бурового инструмента. Буровые штанги различны для технологий Jet-1, Jet-2, Jet-3 и отличаются количеством секций внутренней трубы. По буровым штангам раствор подаётся к монитору и через форсунки выходит наружу.
Диаметр форсунок может быть выбран от 1,5 до 5 мм в зависимости от типа грунтов, а также формы и размера требуемой грунтоцементной колонны.
Разновидности технологий Jet Grouting
Существует три разновидности технологии струйная цементация; Jet-1, Jet-2 и Jet-3.
Однокомпонентная технология Jet-1
Двухкомпонентная технология Jet-2
Двухкомпонентная технология – это одновременная подача цементного раствора и воздуха через двустенные буровые штанги. Система Jet-2 позволяет выполнять сваи большего диаметра чем однокомпонентная технология. Данная система более эффективна в связных грунтах. Диаметр сваи, выполняемой по технологии Jet-2, максимально может достигать 2500 мм.
Трёхкомпонентная технология Jet-3
Трёхкомпонентная технология является самой сложной системой струйной цементации из-за одновременного впрыска трех разных компонентов, воздуха, воды и цементного раствора. Все три компонента подаётся по специальным, тройным буровых штангам. В данной технологии разрушение грунта происходит за счёт струи воды и воздуха, а цементный раствор подаётся из форсунок, расположенных ниже и пи подъёме, постепенно поднимает на поверхность размытый грунт. В результате этого готовые сваи в своём составе содержат меньшее количество грунта и большее количество цементного раствора. Диаметр сваи, выполняемой по технологии Jet-3, максимально может достигать 3000 мм.
Процесс бурения по технологии струйная цементация
Струйная цементация выполняется два этапа: бурение и цементация. Производится лидерное бурение скважины до проектной отметки. В качестве бурового инструмента по мягким грунтам могут использоваться буровые долота различных классификаций; двухлопастные, трёхлопастные, пикообразные. Для бурения твердых грунтов и строительного мусора, могут использоваться трёхшарошечные долота.
Во время бурения через монитор постоянно подаётся вода под давлением до 50 бар, которая размывает грунт подготавливая его к цементации. По достижении проектной отметки цементный раствор от растворного узла подаётся к буровой установке под большим давлением и начинается процесс цементации скважины.
Во время подъёма бурового инструмента с монитором должна быть соблюдены определённые условия, от которых будет зависеть профиль сваи и качество выполнения работ.
1. Скорость вращение
2. Скорость подъёма
3. На сколько секунд монитор должен остановиться
4. Шаг подъёма монитора
5. Рабочее давление подачи цементного раствора
6. Объём цементного раствора в минуту
7. Соотношение воды и цемента в 1 м3
Данные параметры рассчитывается во время разработки проекта и подтверждается экспериментально перед началом бурения свайного поля.
Нагнетание цементного раствора под давлением осуществляется одновременно с подъёмом колонны штанг. Именно во время фазы подъёма, за счёт постоянной величины давления, скорости подъёма и вращения колонны штанг, можно получить объём будущей сваи необходимой формы и размера. Поле того, как буровые штанги будут подняты на проектный уровень, цементация завершается, и буровая установка переезжает на следующую сваю. При наличии боковых нагрузок, свая может быть армирована двутавром, стальной трубой или железобетонной сваей.
Возможные формы свай
Технология струйной цементации позволяет получать сваи различных форм и сечений.
По вопросам выполнения буровых работ по технологии струйная цементация грунтов Jet-Grouting, просим связаться с нами используя контакты указанные ниже.
Струйная цементация грунтов
Jet grouting, Jet сваи, грунтоцементные сваи
Сущность технологии струйной цементации грунтов (Jet grouting) заключается в использовании энергии высоконапорной струи цементного раствора для разрушения и одновременного перемешивании грунта с цементным раствором.
После твердения раствора образуется новый материал – грунтоцемент (грунтобетон), обладающий высокими прочностными и деформационными характеристиками.
По сравнению с традиционными технологиями инъекционного закрепления струйная цементация грунтов позволяет укреплять практически весь диапазон грунтов — от гравийных отложений до мелкодисперсных глин и илов.
Преимущества технологии струйной цементации (Jet grouting):
Область применения струйной цементации грунтов (Jet):
Технология производства работ
Устройство грунтоцементных свай (Jet свай) выполняется в два этапа – в процессе прямого и обратного хода буровой колонны.
Во время прямого хода производят бурение лидерной скважины до проектной отметки.
В процессе обратного хода в форсунки монитора, расположенного на нижнем конце буровой колонны, подают под высоким давлением (400-450 атм) цементный раствор и начинают подъем колонны с одновременным ее вращением.
Существует три основных разновидности технологии Jet grouting:
Однокомпонентная технология (Jet 1)
В этом случае разрушение грунта производят струей цементного раствора. Диаметр грунтоцементных свай составляет 500-600 мм в глинистых грунтах и 700-800 мм в песчаных грунтах. Технология Jet 1 является наиболее популярной, предсказуемой и высокопроизводительной. Это даёт возможность на этапе проектирования достаточно точно предположить диаметр джет свай на основании опыта производства работ.
Двухкомпонентная технология (Jet 2)
В этом варианте для увеличения длины водоцементной струи используют энергию сжатого воздуха. Для раздельной подачи в монитор цементного раствора и сжатого воздуха применяют двойные полые штанги. По внутренним штангам подают цементный раствор, а по внешним – сжатый воздух. Диаметр свай, получаемых по этой технологии, в глинах достигает 1200-1500 мм, а в песках – 1500-2000 мм. Современное развитие технологии Jet 2 до технологии SuperJet позволяет создавать колонны диаметром 3000 — 5000 мм!
Трехкомпонентная технология (Jet 3)
Этот вариант отличается от предыдущих тем, что водовоздушная струя используется исключительно для размыва грунта и образования в нем полостей, которые в последствии заполняются цементным раствором. В технология Jet 3 используются тройные штанги и в настоящее время не популярна в России и в мире. Для необходимости выполнить полное замещение слабого грунта используется предварительный размыв на воде по технологии Jet 2.
Характеристики грунтоцемента
Прочность грунтоцемента на сжатие в песчаных грунтах составляет от 3 до 10 МПа, в глинистых грунтах прочность грунтоцемента от 1 до 3 МПа. Модуль деформации Jet варьируется от 50 до 5 000 МПа в зависимости от типа грунтов.
Техническое и коммерческое предложение (стоимость Jet)
Наша компания имеет большой опыт в укреплении грунтов по технологии струйной цементации грунтов. Для каждой задачи мы подбираем оптимальные технологические параметры. В случае необходимости помогаем проходить согласование и экспертизу проекта.
Стоимость устройства грунтоцементных свай зависит от многих факторов. Например, при производстве работ в стеснённых условиях внутри зданий цена грунтоцементных свай будет выше, чем при выполнении работ большой производительной буровой.
Стоимость струйной цементации также очень сильно зависит от расхода цемента. Чем выше расход цемента, тем выше стоимость (кроме увеличения затрат на материалы, ещё увеличивается время нагнетания цемента в грунт).
В зависимости от задачи и количества исходных данных расчёт стоимости грунтоцементных свай, подготовка коммерческого и технического предложения осуществляется от 1 до 5 дней.
Методы струйной цементации
Струйная цементация – это способ улучшения грунтов, основа которого состоит на одновременном размыве цемента и грунта, который вводится под самым высоким давлением (до 45 МПа) со скоростью 250–350 м/с. Благодаря этому уничтожается сама структура массива и создается объединенная масса грунта и основного компонента с заранее заданными свойствами. Закрепление грунта получается в процессе погружения в заранее пробуренную скважину струйного монитора с кабелями, через которые проходит вода и цементный раствор. Диаметр насадки составляет 2-2,5 мм. Окружающий скважину грунт разрушается струей воды и интенсивно перемешивается с цементным раствором. Постепенно извлекая монитор из скважины, создают области закрепления грунта.
Решение задач 
С помощью струйной цементации грунтов в тоннелестроении возможно решение следующих задач.
Технология работ при струйной цементации: а — бурение скважины; б — погружение в скважину струйного монитора; в — постепенное извлечение монитора из скважины; 1 — поверхность земли;
Технология струйной цементации может позволить усилить прочностные и деформационные особенности грунтов внедрением в них стальных компонентов. При этом компонент и внедренные в него грунтобетонные сваи рассматриваются как один геотехнический массив.
Также как в тоннелестроении, особенность струйной цементации нашла большое применение в области промышленного и жилищного строительства, ремонта автомобильных дорог и в горном деле.
Виды струйной цементации
В зависимости от конкретных инженерно–геологических условий применяется однокомпонентная, двухкомпонентная или трехкомпонентная технология струйной цементации. Кроме этого есть, возможность частичной или полной промывки обрабатываемых элементов, их вынос и замещение цементным раствором.
Однокомпонентная струйная цементация представляет из себя размыв из перемешивания и закрепления грунта струей цементного раствора. При этом размер грунтоцементной колонны может составлять 0,6-0,8 м. Главные параметры однокомпонентной струйной цементации:
Двухкомпонентная струйная цементация представляет из себя разрыв, перемешивание и закрепление элементов с помощью двух компонентов. Существует две системы – воздушная и водная. В воздушном способе струя цементной смеси внедряется внутрь струи очень сжатого воздуха и за счет этого энергия размыва существенно повышается. В водной системе проводится заранее размыв грунта при помощи отдельной струи воды. Чуть ниже кабеля для подачи воды находится кабель для подачи цементной смеси. При двухкомпонентной струйной цементации диаметр грунтоцементной колонны находится в пределах 0,8–1,8 м.
Основные параметры двухкомпонентной струйной цементации (воздушная система):
Основные параметры двухкомпонентной струйной цементации (водная система):
Трехкомпонентная струйная цементация представляет из себя разрыв, перемешивание и закрепление материала с помощью трех струй. Струя воды внедряется внутрь струи сжатого до предела воздуха и подается через верхнее сопло, что дает возможность не только повышать энергию размыва, но и применять эффект «эрлифта» для выноса на поверхность легких элементов размываемых компонентов. Струя цементной смеси подается через нижнее отверстие и служит для перемешивания размытых, как правило, сложных частиц грунтов. При трехкомпонентной струйной цементации возможно достижение диаметра колонны обработанного грунта в пределах 0,9–2,2 м.
Основные параметры трехкомпонентной струйной цементации:
Перечень основных механизмов, используемых при струйной цементации.
Струйный скважинный кабель для размыва элемента, подачи твердеющей смеси в размытую полость и перемешивания разрыхленного грунта с твердеющим раствором.
Буровой станок для бурения рабочих мероприятий, вращения и подъема струйного модуля при закреплении элемента. При значительной высоте сооружаемых материалов стрела бурового станка наращивается до соответствующей предельной высоты.
Копровая навесная гидравлическая установка для подъема и вращения струйного монитора, а также для фиксации, при необходимости направления струйного размыва.
Самоходный кран для подъема монитора при сооружении плоских конструкций большой высоты.
Поршневые насосы для подачи размывающей жидкости и твердеющего цементного раствора.
Строительную площадку есть возможность оборудовать механизированным перемещением цемента с конвейером, для хранения и использования порошкообразного вяжущего элемента, смесителями, компрессорами для использования сжатого воздуха, рукавами для работы к струйному кабелю необходимых компонентов, резервуарами для хранения размывающей жидкости, а также жидких компонентов твердеющего раствора.
На строительном районе необходимо также использовать устройства и материалы для регулирования параметров технологического процесса, а также для оперативной связи между работниками при осуществлении синхронных, быстротекущих технологических процессов.
Комплект технологического оборудования для закрепления грунтов по однокомпонентной струйной технологии корпус, в котором монтируются боковые насадки; подводящие трубы для рабочих компонентов; гибкие рукава для подвода рабочих компонентов (выполняются в виде сборных секций определенной длины и формы); вертлюг (одно–, двух– или трехкомпонентный) – для случая, когда необходимо обеспечить вращение вокруг вертикальной оси.
Струйный кабель является особым оборудованием, он проектируется и изготавливается с учетом особенностей каждого конкретного строительного объекта и их элементов.
Однако есть и общие конструктивные черты струйных кабелей. Так, во многих конструкциях и элементах кабелей к нижней части их конструкций крепится буровой элемент, который выполняется в виде буровой коронки или трехшарошечного долота. Благодаря этому появляется возможность начать струйный размыв сразу же после завершения бурения рабочей скважины, устраняя лишние операции по извлечению бурового снаряда и монтажу кабелю.
Применение струйной цементации в тоннелестроении
Производство струйной цементации нашла большое использование в мировой строительной практике и, в частности, в области тоннелестроения. Такое использование успешно применялось при постройке тоннелей в Италии. Так, при проходке тоннелей в г. Лиссабоне, с использованием струйной цементации по однокомпонентной и двухкомпонентной схемам, выполнено закрепление грунтов под историческим монументом.
Для исключения недопустимых разрушений монумента с дневной поверхности было использовано 865 грунтоцементных колонн диаметром 2,00 м по двухкомпонентной (воздушной) системе и 112 грунтоцементные колонны диаметром 0,80 м по однокомпонентной системе. После окончания горнопроходческих построений и струйной цементации максимальные значения осадки монумента не превысили 8 мм.
Применение при устройстве ограждений котлованов
Технология струйной цементации нашла большое использование при устройстве ограждений котлованов.
Поэтому из положительного строительного опыта применения технологии струйной цементации элементов, есть возможность выделить некоторые достоинства, расширяющие область использования такой технологии при работе над тоннелями в условиях плотной городской застройки:
Струйная цементация успешно используется как в несвязных крупнообломочных, так и в мелкодисперсных глинистых грунтах независимо от степени их проницаемости и имеет существенные преимущества по сравнению с традиционными способами стабилизации неустойчивых грунтов.