Применение метода цементации в гидротехническом строительстве.

Введение
1.Противофильтрационные завесы
1.1 Общие сведения о противофильтрационных завесах
1.2Создание противофильтрационных завес методом струйной цементации
2.Укрепление скальных пород
2.1 Буровзрывные работы
2.2 Взрывные работы
2.3 Закрепление фрагментов скалы
2.4 Металло-тросовая ловушка
3.Цементация в гидротехнических туннелях
3.1 Общие сведения о гидротехнических туннелях
3.2 Оборудование, применяемое для цементации туннелей
Заключение
Список использованных источников

е. в две очереди).
Цементацию производить при малых и средних давлениях нагнетания. Величина давления назначается в зависимости от инженерно-геологических характеристик пород, от условий их залегания, наличия и размеров трещин и пор, и типа обделки.
Нагнетание в ряду ведется сначала в одну из боковых скважин до полного отказа или до появления раствора в соседней или замковой скважине. После этого скважина закрывается и начинается нагнетание во вторую боковую скважину. Целесообразно производить нагнетание в обе скважины одновременно. Последней цементируется до отказа замковая скважина.
Нагнетание в скважины второй и последующих очередей производится не раньше, чем через 24-36 часов после нагнетания в скважины предыдущей очереди.
Заделку скважин надлежит производить только после окончания укрепительной цементации безусадочным быстротвердеющим раствором EMACO S88C в соответствии с нижеприведенными данными:
Высота (диаметр) туннеля, м Количество скважин в вертикальном ряду (в шахматном порядке) Шаг скважин в ряду, м 2 2 и 3 1,0 3 2 и 3 1,5 4 2 и 3 2,0 5 3 и 4 2,5 6 3 и 4 3,0 7 3 и 4 3,5 7 4 и 5 4,0 более 9 4 и 5 и более 4,0
На рис. 3.1 представлены типовые веера противофильтрационной цементации в гидротехнических туннелях.
Рисунок 3.1 – Типовые веера противофильтрационной цементации
3.2 Укрепительная цементация при строительстве туннелей
Укрепительная цементация пород, окружающих туннель, должна производиться после окончания работ по заполнительной цементации.
Глубина инъекционных скважин назначается в пределах 0,6-0,8 размера внутреннего диаметра туннеля и должна быть не менее глубины зоны разуплотнения. При отсутствии железобетонной обделки шурфы бурятся на глубину от 8 до 12 м.
Направление скважин принимается нормальным к поверхности обделки, за исключением случаев, когда скважины следует ориентировать сообразно напластованию пород или положению трещин в них(с целью пересечения возможно большего количества наиболее проницаемых трещин).
Для заполнения большего количества трещин и полостей цементацию пород следует производить под высоким давлением с применением высокодисперсного цемента RHEOCEM 650 (800,900) c добавлением суперпластификатора RHEOBUILD 2000PF. В условиях большого водопритока в раствор микроцемента необходимо добавить катализатор MEYCO SA 167 для того, чтобы ускорить реакцию схватывания и предотвратить вымывание раствора из скважины. Альтернативным решением данной проблемы является нагнетание двухкомпонентного быстропенящегося полиуретана MEYCO MP 355A3.
Цементация одной скважины заканчивается тогда, когда скорость поступления раствора в скважину в течение 2 мин. составляет менее 2 л/мин при установленном максимально допустимом давлении, либо, когда максимальное количество раствора, предусмотренное для цементации скважины, нагнетено.
Пакеры могут быть извлечены из скважины через 1,5–2,0 часа после завершения цементации RHEOCEM 650 (800, 900).
Заделка скважин производится безусадочным быстротвердеющим составом (Emaco S88C) по нижеприведенным данным:
В/Ц 3 2 1 0,8 0,6 Вода, (л) 96 86 76 71 65,4 Микроцемент, (кг) 100 100 100 100 100 Rheobuild 2000PF, (кг) 2 2 2 2 2
3.3 Оборудование, применяемое для цементации туннелей
Растворосмесители должны обеспечивать быстрое перемешивание и получение однородного раствора в течение всего процесса цементации. Перемешивание ручным способом не должно допускаться.
Растворосмесители могут быть горизонтальными и вертикальными. Последние более рациональны, так как допускают удобную тарировку. Применяются растворосмесители от 0,2 м3 до 20 м3 в зависимости от ожидаемого поглощения раствора, мощности установки числа действующих насосов.В табл. 3.1 приведены данные о некоторых растворосмесителях с вертикальным валом, выпускаемых отечественной промышленностью.
Таблица 3.1 – Растворосмесители с вертикальным валом, технические данные
Показатели Пропеллерные и турбинные Лопастные Емкость, л 200-300 400-600 800-1000 200-300 400-600 800-1000 Высота, мм 750 1000 1500 750 1000 1300 Диаметр, мм 700 800 1000 700 800 1000 Количество лопастей 1 1 1 1 1 1 Диаметр лопастей, мм 250-300 350-400 400-600 40-80 40-80 40-80 Число оборотов, об/мин 400-600 400-600 400-600 40-80 40-80 40-80 Мощность электродвигателя, кВт 2-5 4-5 6-8 1-1,5 2-8 4-6 Для привода Клиноременная передача или конические шестерни Ременная передача или конические шестерни, или червячная пара
Для приготовления чисто цементных растворов или смешанных инъекционных растворов в системе Гидроспецстрой применяются растворосмесители типа РМ-500 и РМ-750 турбинные механические, изготовляемые на предприятиях Гидроспецстроя (табл. 3.2).
Таблица 3.2 – Растворосмесители турбинные и механические, технические данные
Показатели, тип Турбинные Механические РМ-500 РМ-750 Полезная емкость, л 500 750 Число оборотов турбины, об/мин 475, 350 570 Тип электродвигателя, кВт АО-52-6 4,5 АО-52-4 7,0 Число оборотов электродвигателя, об/мин 950 1440 Габариты, мм высота 1544 1900 Диаметр емкости 900 1000 Диаметр турбины 300 300 Масса, кг 432 448
Для нагнетания растворов применяются диафрагмовые, плунжерные насосы. Последние предпочтительны при цементации под высоким давлением.
В туннелях малых сечений при проведении цементации вслед за бетонированием обделки рекомендуется предусматривать схему подачи раствора от порталов с применением для этой цели насосных установок большой мощности. В туннелях больших сечений целесообразно применять передвижные цементационные установки.
В настоящее время выпускаются цементационные насосы различных типов, которые приведены в табл. 3.3, 3.4.
Таблица 3.3 – Насосы поршневого типа, технические данные
Показатели Насосы поршневого типа ЗИВ 200/40 НГР-250х50 11ГP 9МГР Производительность, м3/ч 12 18 18; 13,5 22; 36; 60 Давление, кгс/см2 40 50 50; 63 100; 60; 35 Мощность двигателя, л.с. 25 38 48 100 Габариты насоса, мм 1450x890x1550 1444x876x932 1870x990x1510 2630x1040x1630 Масса, кг 800 733 1150 1760
Таблица 3.4 – Насосы диафрагменного типа, технические данные
Показатели Насосы диафрагменного типа C-251 С-263 С-317 1 2 3 4 Производительность, м3/ч 1 3,0 6,0 Диаметр плунжера, мм 80 80 110 Максимальное рабочее давление, кгс/см2 10 15 15 Дальность подачи раствора, м: по горизонтали 50 150 200 по вертикали 15 40 40 Электродвигатель: мощность, кВт 1,2 2,2 5,8 число оборотов, об/мин 1000 1500 1500 Габариты, мм 820х455х760 820х445х760 1200x560x1000 Вес, кг: насоса с электродвигателем 198 198 780 растворопровода 130 130 - 3.3 Инструкция по выбору оптимального количества добавок и проверке эффективности действия добавки на цемент
Оптимальное количество добавки устанавливают в лаборатории строительства на основе определения сроков схватывания цементного теста при различных количествах добавки.
Добавка фтористого натрия NaF вводится в количестве от 0,5% (к весу цемента) до максимально допустимой величины 2%.
Работа ведется следующим образом. Сначала устанавливается нормальная густота цементного теста без добавки. Затем переходят к установлению сроков схватывания, которые определяются с помощью прибора Вика. Для этого 100 г цемента тщательно перемешивают со взятой в нужном количестве добавкой (в начале опыта минимальные величины). К смеси приливают воду в количестве, соответствующем нормальной густоте, после чего тесто быстро перемешивают и укладывают в кольце прибора Вика. Определение сроков схватывания производят согласно ГОСТ 310-60.
Количество добавки считается оптимальным в том случае, когда конец схватывания цементного теста наступает не позднее 2-3 мин с момента прилива воды в цементное тесто. Эти же условия по срокам схватывания служат проверкой пригодности цемента для набрызгбетона. Далее производится проверка прочности цементного раствора с определенным выше оптимальным количеством добавки. Прочность определяют на образцах-кубах размером 3х3х3 см, приготовленных из цементного раствора 1:3 (цемент:песок).Так как цементный раствор чрезвычайно быстро схватывается с добавкой, образцы изготовляют из небольших порций смеси. Отвешивают 50 г цемента, 150 г песка и соответствующее количество добавки. Все навески переносят в металлическую или фарфоровую чашку, где сухую смесь тщательно перемешивают. Затем к смеси приливают воду в количестве 20-25 см3, что соответствует водоцементному отношению 0,4-0,5.
Смесь вновь быстро перемешивают и укладывают в формы для изготовления образцов до начала схватывания раствора.
Через час после заполнения формы распалубливаются. На изготовленных образцах определяют прочность раствора через три часа спустя 1, 3, 7, 28 сут после изготовления.
Одновременно изготовляют и испытывают контрольные образцы из раствора без добавки. Прочность образцов с добавкой через 1, 3, 7 и 28 сут должна быть не ниже прочности контрольных образцов того же возраста без добавки.
Заключение
Струйная цементация позволяет укреплять практически весь диапазон грунтов - от гравийных отложений до мелкодисперсных глин и илов.
Также метод струйной цементации является высоко предсказуемым в плане достижения результата (укрепления грунта). Это дает возможность уже на этапе проектирования и заключения подрядных договоров достаточно точно рассчитать геометрические и прочностные характеристики создаваемой подземной конструкции.
Экономические и технологические преимущества метода струйной цементации
Уплотняющий раствор при струйной цементации обладает высокой избирательной способностью, что приводит к усилению наиболее слабых зон грунтового массива и повышению его несущей способности и жёсткости при минимальных затратах.
Низкая себестоимость проведения технологических работ при высокой мобильности и эффективности.
Использование инертных материалов, обеспечивающих экологическую чистоту метода.
Отсутствие тяжёлого оборудования, вызывающего динамические нагрузки на грунты основания и на сооружение.
Возможность использования лёгкого современного оборудования внутри помещений аварийных и реконструируемых зданий и сооружений, что позволяет проводить усиление оснований зданий.
Результаты 20 штамповых испытаний показывают, что модуль деформации усиленных грунтов увеличивается в 2-3 раза, а предельное сопротивление грунта — в 2,5-3,5 раза. По результатам испытания свай их несущая способность была повышена с 36 до 72-78 тонн. Наблюдения за осадками зданий на всех аварийных объектах (в течение двух лет) показали полную стабилизацию всех неравномерных осадок.
Преимущества метода:
Уплотняющий раствор при нагнетании под давлением обладает высокой избирательной способностью, что приводит к укреплению наиболее слабых зон грунтового массива, создавая таким образом однородный массив с высокой несущей способностью и жесткостью при минимальных затратах.
Низкая себестоимость проведения технологических работ при высокой мобильности и эффективности.
По экономическим показателям он превосходит устройство свайных оснований (дешевле в 1,5-2 раза).
Отсутствие необходимости использовать тяжелое ударное оборудование, вызывающее динамические нагрузки.
Возможность использования внутри помещений аварийных и реконструируемых зданий и сооружений легкого современного оборудования, которое позволяет проводить усиление оснований практически в любых помещениях без нарушения состояния и целостности помещения.
Список использованных источников
Адамович А. Н. Цементация оснований гидросооружений. - М.; Л.: Энергия,1964. - 2-е изд., доп. - 514 с.
Адамович А. Н. Закрепление грунтов и противофильтрационные завесы в гидроэнергетическом строительстве. - М: Энергия, 1980. – 319 с.
Фурсов Л.Ф. Заполнительная цементация в гидротехнических туннелях. – М.: Изд-во Политехнического ун-та, 2012. – 569 с.
Аллилуева, Е.И. Цемент для гидротехнических сооружений: исключение или правило? / Е.И. Аллилуева, Л.М. Гаркун // Специальные вяжущие. – с. 68-69.
ГОСТ 10178-85 Портландцемент и шлакопортландцемент. – Взамен ГОСТ 10178-76; дата введ. 01.01.1989г. – М.: Издательство стандартов, 1991.
Бутт, Ю.М. Практикум по химической технологии вяжущих материалов : учеб .пособие для вузов / Бутт Ю.М., Тимашев В.В. – М.: «Высш. школа», 1973. – 504 с.
Бутт, Ю.М. Практикум по химической технологии вяжущих материалов : учеб .пособие для вузов / Бутт Ю.М., Тимашев В.В. – М.: «Высш. школа», 1973. – 504 с.
ГОСТ 10178-85 Портландцемент и шлакопортландцемент. – Взамен ГОСТ 10178-76; дата введ. 01.01.1989г. – М.: Издательство стандартов, 1991.
Аллилуева, Е.И. Цемент для гидротехнических сооружений: исключение или правило? / Е.И. Аллилуева, Л.М. Гаркун // Специальные вяжущие. – с. 68-69.
Фурсов Л.Ф. Заполнительная цементация в гидротехнических туннелях. – М.: Изд-во Политехнического ун-та, 2012. – 569 с.
Адамович А. Н. Закрепление грунтов и противофильтрационные завесы в гидроэнергетическом строительстве. - М: Энергия, 1980. – 319 с.
Адамович А. Н. Цементация оснований гидросооружений. - М.; Л.: Энергия,1964. - 2-е изд., доп. - 514 с.
2