Применение метода цементации в гидротехническом строительстве.

Струйна я 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 возможност ь 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 ра створ 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 технологичес ких работ при высокой ...

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

Воздействие на грунт, с помощью которого увеличивается его прочность, называется искусственным закреплением грунта. Прочность грунта заключается в его способности быть неразмываемым, иногда водонепроницаемым, используется с целью создания водонеп роницаемых ограждений при отрывке котлованов и траншей, для борьбы с оплыванием откосов и укрепления оснований фундаментов. Поверхностное закрепление грунтов используется в строительстве при работах на глубине менее метра, а глубинное закрепление грунтов - на глубине в несколько метров, закрепление грунта. Способы выполнения искусственного закрепления грунтов: замораживание, цементация, силикатизация, битумизация, термические и электрохимические и др.
Метод цементации применяется в основном с целью закрепл ения крупнозернистых, среднезернистых п есков и трещиноватых скальных пород с помощью нагнетания в грунт цементного раствора через инъекторы. В зависимости от размера трещины и пористости песка применяют суспензию с отношением цемента к воде от 1:1 до 1:10, а также цементные растворы с добавками глины, песка и других инертных материалов. Радиус закрепления грунтов составляет в скальных грунтах — 1,2-1,5 м, в крупных песках — 0,5-0,75 м, в песках средней крупности — 0,3-0,5 м. Достигают цементации нисходящими зонами, заканчивают нагнетание когда достигается заданное поглощение или при снижении расхода раствора 0,5 л/мин в течение 20 мин при нужном давлении. Способ силикатизации используют в основном с целью повышения прочности, устойчивости и водонепроницаемос ти песчаных и водонасыщенных грунтов с коэффициентом фильтрации 2 - 80 м/сут.
Силикатизация широко применяется при закреплении грунтов в основаниях существующих зданий для ликвидации их просадок. Силикатизация бывает одно - и двухрастворной. Двухрастворная силикатизация представляет собой последовательность нагнетаний в грунт сначала водного раствора силиката натрия, жидкого стекла, затем хлористого кальция, в результате химической реакции которые образуют гель кремниевой кислоты, гидрат окиси кальция, изве сть и хлористый натрий. Прочность грунта при этом достигает 1,5-3 МПа. Способ одноразовой силикатизации применим для слабо дренирующих грунтов с коэффициентом фильтрации менее 0,3 м/сут. При этом в грунт закачивается смесь жидкого стекла с отвердителем. Пр очность закрепленного грунта в пределах 0,3-0,6 МПа - это наибольшая прочность при одноосном сжатии кубика из закрепленного грунта размером 5x5x5 см. Для этого лессовые грунты укрепляют, запуская в них под определенным давлением раствор жидкого стекла, кот орый вступает в реакцию с имеющимися в этих грунтах солями кальция и образует гель кремниевой кислоты, гидрат окиси кальция и сернокислый натрий. При силикатизации раствор заполняют специальными трубами-инъекторами, которые погружаются раздельно или пакета ми по пять штук. Расстояние между инъекторами уточняется экспериментально, так как зависит от типа грунта.
Целью данной работы является обзор теоретический особенностей применения метода цементации в гидротехническом строительстве.

17.1
1.57
2.19
Таким образом, заданный минимальный диаметр, равный 1,2 м, был обеспечен.
Кроме одиночных колонн был выполнен колодец из 25 колонн, которые по внешнему контуру имели высоту (глубину) 32 м, а внутренние только 2 м. Шаг скважин 1 м. В этом случае также определяли отклонение скважин от вертикали. Кроме того, колонны колодца были испытаны на водопроницаемость. Замеры показали, что коэффициент фильтрации грунтобетонных колонн изменялся в пределах 1,41·10-59.52·10-6 см/сек. Аллювиальный грунт в основании для сравнения имел коэффициент фильтрации 2,8·10-3 см/сек.
В процессе выполнения самой стенки осуществляли контроль за врезкой скважин в скальное основание как минимум на 0,5 м. Для колонн, которые не достаточно пересекались по данным проходки, скорость подъема монитора в процессе инъекции уменьшали, чтобы увеличить диаметр колонн и, тем самым достичь лучшего пересечения. Анализ данных всех замеров показал, что минимальное отклонение скважин от вертикали составило 0,05%, максимальное 1,52%. Среди всех пробуренных скважин 243 имели отклонение меньше 0,55%, 144 - имели отклонение в пределах 0,5-1,0%, а 21 скважина отклонилась более чем на 1%. В целом в стенке были только два места, где не обеспечивалось надежное пересечение. Поэтому, в этом месте были выполнены две дополнительные промежуточные колонны.
Контроль качества раствора осуществляли непрерывно с целью проверки его плотности и вязкости. Если плотность превышала заданную величину (1,35 г/см3) то ее немедленно корректировали. Вязкость проверяли как минимум дважды в смену.
В случае остановки процесса цементации его старались сразу же возобновить. При этом головку снаряда (монитор) опускали в уже зацементированное тело колонны на глубину порядка 1 м с тем, чтобы иметь надежное сопряжение в том месте, где произошло прерывание рабочего процесса.
Всего было выполнено 408 свай (колонн). Общая длина пробуренных скважин составила 11500 п. м, а общая площадь противофильтрационной стенки выполненной струйной цементацией - 9897 м2. Строительство стенки продолжалось 150 дней. Анализ данных контроля показал, что качество работ хорошее. Сопряжение колонн между собой и со скальным основанием было обеспечено5.
Рассмотрим особенности цементации в гидротехнических туннелях.
3. Цементация в гидротехнических туннелях
3.1 Заполнительная цементация при строительстве туннелей
К цементационным работам допустимо приступать лишь после распалубки обделки и по достижении прочности бетона, достаточной для восприятия инъекционного давления, принятого проектом.
Через бетонную/железобетонную обделку, в сводовой части туннеля, пробурить скважины буровой головкой диаметром 38-56 мм с применением пневмоударной или вращательной буровой установки. Скважины бурятся в шахматном порядке под углом 90º к контуру шахты с шагом 1,5–3 м друг от друга. При применении сборных обделок цементацию следует выполнять по всему периметру туннеля.
Перед началом цементации все скважины промыть водой под давлением 10 бар с помощью жесткого шланга с полихлорвиниловым покрытием, который опускается до дна скважины, а затем медленно поднимается по мере осуществления промывки.
Разместить в скважинах пакеры и подготовить оборудование для цементации.
При помощи цементационного насоса инъецировать за обделку туннеля обычный портландцемент (ОПЦ) с пластифицирующей добавкой Glenium 51 путем последовательного сближения рядов скважин, при котором сначала цементируют нечетные ряды, а затем четные (т.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.
При цементации рекомендуется применять метод последовательного сближения рядов скважин. Сначала пробуриваются и цементируются скважины первой очереди. Нагнетание в эти ряды скважин производится по всей длине цементируемого участка туннеля. Затем пробуриваются и цементируются скважины второй очереди, расположенные между скважинами первой очереди. Затем выполняются скважины последующих очередей.
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 насосов6.
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