Струйная цементация – процедура, применение и преимущества для стабилизации грунта

Струйная цементация – это метод улучшения грунта или стабилизации почвы. В данной статье рассматриваются методы, процедуры, применение и преимущества струйной цементации.
Изучение истории струйной цементации и нынешней востребованности метода струйной цементации в качестве метода улучшения грунта позволяет понять, какое огромное развитие он претерпел за это время.
Современное состояние этого метода таково, что он может обеспечить удобные решения для большинства геотехнических проблем. Такая популярность и высокий спрос обусловлены постоянным техническим совершенствованием, которое продолжается.

Что такое струйная цементация?

Струйная цементация – это метод стабилизации грунта, который включает в себя нагнетание стабилизирующей жидкости в подпочву (или обрабатываемый грунт) под высоким давлением с высокой скоростью. Процесс инъектирования включает в себя определенную подготовку участка, а также инъекционное оборудование.
Стабилизация грунта с помощью струйной цементации происходит за счет затвердевания цементирующей жидкости внутри грунта. Эти затвердевшие тела образуют цементированные колонны, которые заделываются в большом количестве в соответствии с требованиями, тем самым стабилизируя грунт. Эти колонны называются реактивными колоннами или колоннами с реактивной цементацией.

Процедура струйной цементации

Вначале выбирается участок, на котором необходимо обработать почву, и бурится отверстие на необходимую глубину. Глубина зависит от того, насколько глубоко залегают слабые грунты. Пробуренное отверстие может быть небольшим, примерно 10-20 см. Бурение может осуществляться вращающейся буровой системой под высоким давлением на необходимую глубину.
Следующим шагом является размещение оборудования над буровой скважиной для проведения процесса инъектирования. Оборудование состоит из струйной цементировочной колонны диаметром почти 7-10 см. На конце этой струны имеется сопло для того, чтобы инъекция осуществлялась с более высокой скоростью. Сопло имеет небольшой диаметр от 1 мм до 10 мм.

Процедура струйной цементации (a) Бурение, (b) и (c) Формирование струйной колонны

В самом начале колонна поднимается и медленно вращается, чтобы уплотнить всю поверхность колонны грунтом и системой жидкости, которая должна быть закачана. Теперь начинается основная закачка струи. По мере ее продвижения жидкость закачивается (посредством вращательного движения), а колонна поднимается.
В промежутках между этим процессом часть грязи внутри образовавшейся ямы и смесь жидкости поднимается к вершине, которая называется грунтом. Это свидетельствует о том, что дно полностью запечатано цементно-грунтовой смесью.
Подъем струны осуществляется в промежутках между процессами на расстоянии от 40 до 100 мм в зависимости от глубины обработки. Для каждого подъема выполняется вращение. Существуют определенные системы, в которых подъем является непрерывным процессом вместе с вращением струны.
Скорость вращения оборудования поддерживается постоянной независимо от выбранного метода, что помогает получить правильно обработанную цементационную колонну.

Представление методов подъема струны (а) прерывистый, где 1 = подъем и 2 = струйный (б) непрерывный спиральный путь

Методы струйной цементации

В зависимости от того, какая система жидкости используется в процессе цементирования, различаются и методы струйной цементации. В основном имеющиеся методы сгруппированы в три основные системы струйной цементации, а именно:

• Одинарная
• двойная
• тройная система подачи жидкости

Они классифицируются в зависимости от количества жидкости, закачиваемой в грунт. К ним относятся:

В зависимости от количества используемых жидкостей струйные цементировочные колонны состоят из различных типов труб, как показано на рис. 3.

Системы струйной цементации для (a) одинарной жидкости (b) двойной жидкости (c) тройной жидкости

Система струйной цементации с одной жидкостью

В случае одножидкостной системы W-C цементный раствор закачивается в грунт через одну или несколько форсунок. В этом случае перекладка грунта и последующая цементация осуществляются одной и той же жидкостью. Функции удаления излишков грунта и связывания выполняются одной жидкостью.
Ограничением этой системы является потеря большого количества кинетической энергии. Это происходит из-за высокого трения, с которым одной жидкости трудно справиться в одиночку.

Система затирки с двойной струей жидкости

В двухжидкостной системе струйной цементации дезагрегация и цементация грунта осуществляются одной жидкостью, т.е. водоцементным раствором, но разница заключается в том, что струя раствора направляется в воздушную зону, что повышает эффективность снижения потерь энергии.
Для этого более подходящая воздушная струя подается через коаксиальное годовое сопло, расположенное вокруг цементирующей насадки. Здесь избыток грунта удаляется под действием воздушного лифта.

Система тройной струйной цементации

Здесь четко разделяются разрыхление грунта и цементация. Разрыхление грунта осуществляется с помощью высокоскоростной водяной струи и воздуха. Водяная струя обеспечивается с помощью коаксиальной воздушной струи, подаваемой через кольцевое сопло, аналогичное тому, которое используется для двойной системы.
Затем водоцементный раствор забирается из отдельного сопла, расположенного в нижней части монитора или форсунки. Назначение цементного раствора заключается в цементировании грунта, ранее переделанного струей воды. По этой причине цементный раствор подается с меньшей скоростью.

Применение струйной цементации

Струйная цементация является методом улучшения грунта и находит применение в следующих областях:

1. Для строительства горизонтальных барьеров

2. Контроль грунтовых вод

Струйные колонны могут выступать в качестве горизонтальных барьеров для контроля грунтовых вод вокруг плотин или участков загрязненного грунта. Это также уменьшает проницаемость грунта.

3. Подстилающий слой

Струйная цементация может быть использована как метод стабилизации фундаментных систем, в основном неглубокого заложения. Процедура включает в себя бурение через близлежащий фундамент и создание устойчивого основания под фундаментом для лучшего распределения нагрузки.

4. Туннелирование

Струйная цементация стабилизирует местность под строительство туннеля, чтобы тяжелое оборудование, необходимое для прокладки туннеля, могло использоваться без дестабилизации близлежащих территорий.

5. Опора для котлована

Преимущества струйной цементации

При применении струйной цементации обеспечиваются следующие преимущества, которые являются основными причинами ее успеха:

Читать далее:
Методы улучшения грунта
Методы и материалы стабилизации грунта

• Методы улучшения грунта для стабилизации почвы в различных целях.
• Турбина Пельтона – детали, работа и аспекты конструкции.
• Методы контроля грунтовых вод в котлованах на строительных площадках.
• Часовая башня Биг-Бен: тиканье с наклоном.
• Методы стабилизации грунта с помощью различных материалов.
• Техника замораживания грунта для стабилизации грунта – методы, преимущества, применение.
• Все, что нужно знать о направленном бурении.