Что такое Jet цементация

Струйная цементация грунтов или, как еще называют, Jet grouting, позволяет получать грунтоцементный массив любой формы, размеров и плотности. Такие элементы обладают высокой прочностью, могут деформироваться. Из-за того, что струя обладает высоким давлением, такая цементация может разрушать грунт в скважине, также обладает способностью смешивать грунт с цементным раствором путем нагнетания раствора в грунт. В результате происходит разрушения и одновременное перемешивание грунта с цементным раствором.

Появление такой технологии позволило открыть новые возможность в строительной сфере, а также снизить затраты.

Как выполняется цементация по методике Jet Grouting?

Суть метода Jet Grouting – параллельное разрушение породы и перемешивание грунта и стабилизирующего раствора в формате mix–in–place (англ. «смешивание на месте»). Прогрессивный метод не только отличается эффективностью, но и позволяет экономить ресурсы, одновременно выполняя две технологические операции.

Для армирования породы методом Jet Grouting используется следующий базовый набор оборудования:

• Специализированная буровая установка с буровым шнеком, оснащенным соплами.
• Инъекционный насос для бетона.
• Смесительная станция для производства стабилизирующего раствора.

Преимущества технологии

Высокая производительность, простота, экономичность, отсутствие негативных ударных воздействий, возможность работы в стесненных условиях (вблизи существующих зданий), в сложных инженерно–геологических условиях, эффективность использования как при реконструкции, так и при строительстве новых объектов.

Конструкция ограждения котлована может выполняться из одного ряда секущихся грунтоцементных свай (например, диаметром 800 мм с шагом 650 мм) или с расположением свай меньшего диаметра в два ряда в шахматном порядке. Для крепления такого ограждения также могут быть применены грунтоцементные сваи, наклоненные под углом 30-45 градусов к вертикали. Сваи ограждения и крепления объединяются поверху монолитной железобетонной обвязочной балкой.

Для повышения устойчивости стен, выполненных методом струйной цементации, применяют их армирование стальными трубами диаметром 500-600 мм или прокатными балками (h = 400-600 мм), располагаемыми с шагом 1,5-2 м вдоль стены.

Необходимое оборудование: буровая установка, растворонасос с давлением нагнетания цементного раствора 400-700 атм., шланги высокого давления, монитор и керамические сопла.

Основные параметры струйной технологии «Jet Grouting» (Джет Граутинг):

• водоцементное отношение раствора – В/Ц = 1;
• плотность портландцемента М500 – 3 т/м³;
• диаметр сопел – 3,2-4,0 мм (количество сопел – 1-2 шт.);
• диаметр подающего шланга – 25,4 мм;
• рабочее давление подачи раствора – 410-440 бар.

Буровой инструмент

По своему устройству буровой инструмент для Jet Grouting отличается от стандартной из–за наличия канала для подачи стабилизирующего раствора. Достигнув конца шнека, бетонный раствор подается во внутреннее пространство монитора – специального устройства, соединенного с буровым долотом. Монитор оборудован форсунками, преобразующими энергию высокого давления в кинетическую энергию потока, разрушающего и перемешивающего породу.

Основные этапы укрепления грунтов по методике Jet Grouting

Предварительным этапом работ становится испытания грунтов на участке строительства, для выявления оптимально подходящей технологии цементации, необходимого состава стабилизирующего раствора, а также глубины бурения. Изготовление грунтоцементных свай включает в себя следующие шаги:

1. Приготовление бетонной смеси необходимой консистенции.
2. Тестирование образца грунтобетона на коэффициент фильтрации и соответствие проектной прочности.
3. Закачка стабилизирующей смеси в буровое оборудование.
4. Погружение монитора в грунт до необходимой глубины.
5. Разрушение породы и создание грунтобетона с помощью энергии струи, подаваемой под напором.
6. Извлечение монитора с одновременным созданием тела грунтоцементной сваи.

Технологическое оборудование

Так как разрушение и замешивание грунта требует высоких значений кинетической энергии струи раствора, для реализации схемы струйной цементации необходимо применение мощного высоконапорного цементировочного насоса. Практика показала, что давление нагнетания должно составлять от 400 до 700 атм., а мощность двигателя должна быть не ниже 350 л. с. Другой важной частью технологического оборудования для цементации грунта является монитор, оснащенный соплами. Назначение сопел – преобразование высокого давления раствора, развиваемого цементировочным насосом, в кинетическую энергию струи. В связи с высокими абразивными свойствами цементного раствора сопла изготавливаются из специального металлокерамического состава. При выполнении работ применяется современное буровое и насосное оборудование немецкого и итальянского производства:

• Буровые установки PSM–20.
• Насос высокого давления SOILMEC 7T–500J.
• Автоматические миксерные установки GM–22. Производительностью 22 м³ раствора в час.
• Силоса для цемента ёмкостью до 45 т.
• Автоцементовозы.

Область применения

Из всего чрезвычайно обширного списка практических приложений технологии приведем лишь некоторые:

• устройство одиночных свайных фундаментов;
• устройство ленточных фундаментов и сплошных фундаментных плит из взаимно пересекающихся грунтоцементных свай;
• сооружение подпорных стен для повышения устойчивости склонов и откосов;
• закрепление слабых и обводненных грунтов вокруг строящихся поземных городских сооружений – колодцев, коллекторов, тоннелей;
• сооружение противофильтрационных завес.

Проведению работ по закреплению грунтов должна предшествовать разработка проектной документации, в которой должны быть заданы требуемые прочностные и фильтрационные свойства закрепленного массива грунта. Поэтому для модификации грунтов в зависимости от поставленной задачи должны применяться соответствующие технологии и растворы.

Усиление фундаментов зданий, устройство котлованов вблизи существующих зданий, устройство свай повышенной несущей способности, закрепление грунтов, создание противофильтрационных завес может быть решено с использованием струйной технологии. По ней могут выполняться как цилиндрические сваи, анкера, колонны закрепленного грунта диаметром до 2 м, так и плоские горизонтальные и вертикальные элементы в грунте при подъеме монитора без вращения (панельные, щелевые).

Данная технология также позволяет улучшить (выровнять) прочностные и деформационные свойства грунта, внедрением в него армирующих свайных элементов. При этом грунт и внедренные в него грунтобетонные сваи рассматриваются как единый геотехнический массив.

Закрепление грунтов основания, методом струйной технологии, для нового строительства, как правило, применяется в следующих случаях:

• При наличии в основании проектируемого сооружения слабых водонасыщенных и заторфованных грунтов, имеющих модуль деформации Е ≤ 5,0 Мпа.
• При значительных нагрузках на фундаменты (передающих давление на грунт 0,3 МПа и более).
• В случае примыкания к существующему зданию и сооружению нового строения.

Jet–1 (Single Fluid System, однокомпонентная система)

Самый экономный вариант, для работы необходимо оснастить буровое оборудование шнеком с каналом, куда будет подаваться бутовая смесь. Нагнетание стабилизирующего раствора походит под давлением до 650 атм., материал проходит из форсунок в сторону, точно перпендикулярно ходу движения бурового шнека. Из–за этого, порода разрушается только с помощью струи бетонного элемента, в малопроницаемых глинистых породах максимальный размер грунтоцементной сваи становится меньше.

Оборудование которое необходимо:

• буровая машина;
• буровой шнек с каналом для подачи бетонной смеси;
• насос для Jet Grouting, смесительная станция.

Максимальный диаметр свай: до 65 см в суглинках, до 85 см в песчаных породах.

Jet–2 (Double Fluid System, двухкомпонентная система)

Струя бетонного элемента может еще усиливаться с помощью подачи очень сжатой струи воздуха, направленного в ту же сторону. Для проведения строительных работ необходим специальных насос для Jet–2 и оборудование для бурения, которое оснащённо двухканальным шнеком. Воздух подается с помощью специальных воздушных форсунок. Использование энергии сжатого воздуха помогает увеличить масштабы работы и позволяет создавать сваи, которые больше обычных в диаметре. Как и при цементации по технике Jet–1, двойная бетоновоздушная струя подается в боковом направлении, разрушая породу вокруг бурового шнека.

Необходимое оборудование: буровая машина, двухканальный буровой шнек, насос для Jet Grouting, воздушный компрессор, смесительная станция.

Максимальный диаметр свай: до 115 см суглинках, до 155 см в песчаных породах.

Jet–3 (Triple Fluid System, трехкомпонентная система) 

Самая дорогая и наиболее тяжелая технология, здесь требуется использование трехканального бурового шнека состоящего из трех разных насосов, а также значительное повышение расходов на основной материал – цемент. От остальных методов этот отличается тем, что при цементации Jet–3 порода уничтожается только с помощью сильной водовоздушной струи, которая подается перпендикулярно стороне бурения через сопла. Стабилизирующий раствор подается вверх через форсунки, находящиеся сверху, что позволяет не использовать примеси в теле сваи и создать объемные бетонные конструкции большего размера. На сегодняшний день методика Jet–3 – единственная в своем виде технология цементации грунтов, с применением которой можно произвести полное замещение породы бетоном. Система цементации Jet–3 широко используется при работе на нарушенных грунтах с включениями, карстовыми пустотами и т. д.

Необходимое оборудование: буровая машина, специализированная буровая штанга с тремя отдельными каналами, насос для Jet Grouting цементный, насос для воздуха, насос для воды, смесительная станция.

Максимальный диаметр свай: до 255 см.

Подбор технологии цементации грунтов Jet Grouting производится на основе всестороннего анализа геологических особенностей участка, параметров возводимого сооружения и экономической эффективности.

Самая недорого стоящая методика Jet–1 требует работы базового набора спецтехники, сравнительно проста в работе и отлично подходит для армирования несложных грунтов, изготовления завес для защиты от подземных водных источников, а также для более детального укрепления фундаментов. Тяжелый вес конструкции, а также работа на районах, сложенных водоупорными глинистыми грунтами, их можно назвать показаниями к работе системы Jet–2, которая позволяет воспроизвести создание грунтоцементных свай большего диаметра. Наиболее дорогая и ресурсозатратная система Jet–3 – отличный выбор при работе с масштабными конструкциями и постройками, а также при работе на участках с проблемными нарушенными породами.