Оборудование для струйной цементации грунтов
Description
В настоящее время наиболее прогрессивными технологиями возведения свай при строительстве и при усилении фундаментов зданий и сооружений являются технологии на основе струйной цементации грунтов для возведения грунтобетонных свай, обладающих высокой несущей способностью. Это особенно важно при возведении подземных объектов, при строительстве метрополитенов, автодорожных и коммуникационных тоннелей, когда необходимо обеспечить сохранность зданий и сооружений, расположенных на поверхности. За рубежом данная технология широко известна и именуется Jet Grouting, что в переводе с английского означает «струйная цементация». Технология сооружения грунтобетонных свай заключается в использовании кинетической энергии струи цементного раствора, направляемой на разрушение и перемешивание грунта в массиве без создания в нем избыточного давления. После твердения 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 грунтов – от гравийных до мелкодисперсных глин и илов.
Другим важным преимуществом технологии является чрезвычайно высокая предсказуемость результатов укрепления грунтов. Это дает возможность на этапе проектирования достаточно точно рассчитать геометрические и прочностные характеристики создаваемой подземной конструкции.
Также, к преимуществам технологии относятся: высокая скорость сооружения свай; возможность работы в стесненных условиях – в подвальных помещениях, вблизи существующих зданий, на откосах и т.д.; отсутствие ударных нагрузок на грунт и на фундаменты близко расположенных зданий и сооружений.
Технология состоит из нескольких этапов.
На первом этапе специально оборудованной под данную технологию буровой установкой бурится пилотная скважина диаметром, как правило, 73-90 мм. Бурение производится до расчетной глубины, определяемой проектом, с предварительной промывкой водным раствором под давлением, не превышающим 50 атм. Орошение подается непосредственно на режущий инструмент (например, буровую шарошку или резцовую коронку).
На следующем этапе насосом высокого давления подается водоцементный раствор под более высоким давлением — 450-500 атм. Этим высоким давлением перекрывается канал орошения и открываются отверстия, в которых установлены сопла диаметром 0.8-3.0 мм.
Медленно вращая (обороты 10-25 мин-1) и медленно поднимая буровую колонну, происходит разрезание и перемешивание грунта высокой кинетической энергии струи, которая извергается из вышеуказанных сопел. Изготовленные по этой технологии сваи могут подвергаться армированию.
Различают три основных метода производства свай по технологии струйной цементации:
1. Одноструйная технология (за рубежом эта технология получила название JET1). В этой технологии используются 2 инъектирующих компонента: вода и цемент. Технология чрезвычайно проста и требует лишь специализированную технологическую линию с применением насоса высокого давления для перекачки цементного раствора. Диаметры свай, произведенные с помощью JET1 колеблются от 0.5 до 0.8 м.
2. Двуструйная технология (JET2). Для этой технологии необходим буровой инструмент, имеющий два независимых канала для подачи по одному из них водоцементного раствора, аналогично как в JET1, а по второму воздушной струи под давлением 0.6-1.2 МПа. Далее происходит сложение двух кинетических энергий: водоцементного раствора и воздушной струи. При этом воздушная струя создает в грунте дополнительную кавитацию, что способствует лучшему перемешиванию раствора и разрушенного грунта. Диаметр свай в этом случае может достигать 0.8-1.5 м.
3. Трехструйная технология (JET3). При JET3 необходимо иметь буровой инструмент с тремя независимыми каналами. В этом случае в грунт подается помимо вышеуказанных струй по JET2 дополнительно третья струя, состоящая из воды, под давлением 200-300 атм. Как и прежде, происходит сложение всех трех кинетических энергий. В этом случае мощность свай может достигать от 1.2-2.5 метра в диаметре.
Для реализации технологии JET1 и JET2 на заводе выпускается дополнительное оборудование, устанавливаемое на буровые станки по заявке заказчика:
— гидропневмосъёмник,
— двухрядные буровые трубы,
— монитор,
— буровые коронки.
Гидропневмосъемник предназначен для подвода к буровой колоне цементного раствора под давлением до 50 МПа и сжатого воздуха давлением до 1 МПа.
При использовании буровой установки для ударно вращательного бурения или бурения скважин под буроинекционные сваи, необходимо снять гидросъемник и установить на его место глухую крышку с уплотняющим кольцом.
На фото 6 (слева) изображен станок СБГ – 3214 для технологии JET1 на объекте в Царицыно г. Москва. Серия таких станков для реставрационных работ в царицынском дворце была изготовлена на заводе и успешно справилась с поставленной задачей (исполнитель работ – ООО «Космос»).
