Цементация грунтов.

С учетом технологических особенностей и характеристик укрепляемых грунтов, согласно СП 45.13330.2012 «Земляные сооружения, основания и фундаменты» Актуализированной редакции СНиП 3.02.01-87. выделяются следующие способы цементации:

1. Путем инъекции цементного раствора в режиме пропитки.
2. Путем инъекции цементного раствора в режиме виброцементации.
3. Путем инъекции цементного раствора в режиме гидроразрывов.
4. Путем смешения цементного раствора с грунтом струйным способом.
5. Путем смешения цементного раствора с грунтом буросмесительным способом.

Цементные растворы из цементов общестроительного назначения в силу грубодисперсного состава применяются для укрепления путем пропитки трещиноватых скальных (раскрытие трещин более 0,1 мм, удельное водопоглощение не менее 0,01 л/(мин x м2), крупнообломочных и гравелистых песчаных грунтов (коэффициент фильтрации свыше 80 м/сут).

Виды, марки и качество цементов, а также составы инъекционных растворов и характеристики других материалов и химических добавок, применяемых для приготовления инъекционных растворов, устанавливаются проектом. При этом должны учитываться грунтовые и гидрогеологические условия участка, целевое назначение конструкции из закрепленного грунта, предъявляемые к конструкции и к закрепленному грунту требования по прочности, физическим показателям и долговечности.

ППР по цементации грунтов инъекцией, согласованный с авторами проекта, должен содержать, кроме общестроительных требований, данные о конструкции скважин, длине одновременно инъецируемых зон в скважинах, последовательности обработки скважин, номенклатуре и характеристиках применяемых материалов и сведения о потребностях в них.

Работы по цементации грунтов следует выполнять в соответствии с проектом и регламентом. Регламент на улучшение свойств грунтов составляется на основании проекта и должен включать разделы, отражающие требования к технологии производства работ, контролю качества и приемке работ, охране окружающей среды и технике безопасности. В регламенте должны быть отражены расчетные значения параметров, уточняемые на этапе опытных работ. Значения рабочих параметров, являющиеся обязательным элементом при работах по улучшению свойств грунтов, назначаются авторами проекта при научно-техническом сопровождении работ.

В трещиноватых и закарстованных грунтах инъекционные скважины следует бурить способами, обеспечивающими промывку скважины водой или продувку ее воздухом, установку в скважине тампона, поступление цементного раствора в трещины и пустоты грунтов.

Скважины в трещиноватых и закарстованных скальных грунтах по окончании бурения должны быть промыты водой до полного осветления изливающейся воды или водовоздушной смеси.

В случаях, если при бурении скважины наблюдается поглощение промывочной воды или обрушение стенок скважины, бурение следует остановить и приступить к цементации пробуренной части скважины.

Бурение и нагнетание растворов в трещиноватых грунтах при глубине цементируемой породы до 6 - 8 м следует производить, как правило, в один прием независимо от характера трещиноватости и величины удельного водопоглощения.

При большей глубине следует производить разделение скважины на зоны и поочередное нагнетание раствора в каждую из них в следующих случаях:

1. В породах, обладающих сравнительно небольшой и одинаковой по всей глубине трещиноватостью (удельное водопоглощение 0,1 - 0,2 л/мин) и исключающих обрушение стенок скважин, интервал зоны допускается до 10 м.
2. В породах с переменной трещиноватостью или при больших значениях удельного водопоглощения (0,2 - 1,0 л/мин и более) интервал зоны принимается от 3 до 5 м.
3. В породах с карстовыми кавернами и крупными трещинами интервал зоны принимается до 1 - 3 м.

Для качественного закрепления трещиноватых и закарстованных грунтов должна быть обеспечена, в пределах закрепляемого массива, локализация растворов, нагнетаемых через скважины, и заполнение всех трещин (каналов, полостей). Для этого следует соблюдать следующую последовательность работ:

1. Создание защитного барьера против выхода растворов за контур закрепляемого массива путем предварительной цементации крупных трещин, каналов, пустот через барьерные скважины, расположенные по контуру массива.
2. Последующая инъекция растворов внутри контура через систему скважин, предусмотренных проектом.

Нагнетание цементного раствора в скважину (зону) в трещиноватые породы следует производить до отказа или до перерыва нагнетания в случаях, предусмотренных проектом. За отказ в поглощении следует принимать снижение расхода раствора до 2 - 5 л/мин в зависимости от внутреннего диаметра растворопровода при проектном давлении отказа.

Нагнетание цементного раствора в скважину (зону) в крупнообломочные грунты и гравелистые пески следует производить в проектном объеме. В случае отказа (закачано не более 50%) инъекцию нереализованного проектного объема повторить в ту же скважину (зону) или через вновь пробуренную рядом скважину (зону). За отказ в поглощении следует принимать условие, предусмотренное в 16.3.11 СП 45.13330.2012.

Нагнетание растворов в трещиноватые, крупнообломочные грунты и гравелистые пески следует производить под пригрузкой, в качестве которой используются залегающие над областью инъекции грунты, само сооружение или специально уложенные бетонные плиты, которые по весу и прочностным свойствам не должны подвергаться разрушению с выходами реагентов на поверхность.

Давление при нагнетании растворов в трещиноватые, крупнообломочные и гравелистые песчаные грунты устанавливается проектом и корректируется по результатам контрольного закрепления. Величина предельно допустимого давления при нагнетании реагентов должна исключать возможность образования разрывов и распространения растворов за пределы закрепляемой зоны.

Цементационные работы следует производить способом последовательного сближения скважин, начиная с максимальных расстояний, при которых гидравлическая связь между ними при заданных проектом давлениях будет отсутствовать.

Качество цементации трещиноватых и закарстованных скальных грунтов оценивается контрольным бурением по наличию или отсутствию провалов бурового инструмента и извлеченным кернам, по величине удельного водопоглощения при гидравлическом опробовании и показателей цементации контрольных скважин. Качество цементации должно соответствовать установленным в проекте критериям качества.

Контроль качества закрепления крупнообломочных и гравелистых песчаных грунтов в отношении форм, размеров, сплошности и однородности закрепленного массива выполняется с учетом положений, содержащихся в 16.2.9, 16.2.10 СП 45.13330.2012.

Качество закрепленных крупнообломочных и гравелистых песчаных грунтов (сплошность и однородность закрепления, формы и размеры массива, прочностные и деформационные характеристики закрепленных грунтов) должно соответствовать требованиям проекта. Предельные отклонения с уменьшением измеряемых величин - не более 10%.

Закрепление песчаных грунтов от крупных до мелких может производиться цементацией в режиме пропитки по технологиям:

1. Инъекцией растворов, приготовленных из высокодисперсных цементов (микроцементов), отличающихся показателем удельной поверхности свыше , через инъектор (скважину).
2. Инъекцией растворов, приготовленных из цементов общестроительного назначения, через инъектор с одновременной его вибрацией.

Производство работ по закреплению микроцементами песчаных грунтов с коэффициентом фильтрации 1 - 80 м/сут включает последовательно следующие этапы:

1. Погружение инъекторов в грунт или бурение и оборудование инъекционных скважин манжетными колоннами.
2. Приготовление цементного раствора в растворомешалках скоростного типа с повышенным числом оборотов турбинки более 2500 об/мин и непрерывное перемешивание в целях сохранения стабильности от расслоения и седиментации цементных частиц до его внедрения в грунт.
3. Нагнетание цементного раствора в грунт.
4. Извлечение инъекторов или ликвидация инъекционных скважин.
5. Работы по контролю качества конструкции из закрепленного грунта.

Подбор рецептуры суспензии из микроцемента, его водоцементное отношение (в/ц) и, при необходимости, химические или другие добавки производится в лаборатории в зависимости от гранулометрического состава и водопроницаемости закрепляемого песка, назначения и требуемой в соответствии с проектом прочности закрепляемой грунтовой конструкции.

Работы по закреплению песков инъекцией растворов из микроцемента следует выполнять с соблюдением правил и требований, приведенных в 16.2.4, 16.2.6 - 16.2.11 СП 45.13330.2012. Качество закрепленного грунта должно соответствовать установленным требованиям проекта. Предельные отклонения в сторону уменьшения измеряемых величин - не более 10%.

Закрепление песков с коэффициентом фильтрации 0,1 - 80 м/сут, любой степени влажности производится цементным раствором, приготовленным из цементов общестроительного назначения, по технологии виброцементации. Она состоит в одновременном выполнении процессов погружения инъектора в грунт с помощью высокочастотного вибропогружателя и нагнетания через него цементного раствора.

Диаметр грунтоцементной колонны, образующейся при виброцементации, в зависимости от конструкции инъектора, составляет 0,3 - 0,8 м, а прочность камня в зависимости от расхода цемента достигает до 10 МПа и более.

Расход цементного раствора при виброцементации регулируется скоростью погружения инъектора в грунт, которая в среднем составляет 0,4 - 1,0 м/мин.

Работы по закреплению песчаных грунтов растворами по технологии виброцементации следует выполнять с учетом положений, содержащихся в 16.2.4, 16.2.6 СП 45.13330.2012.

Контроль качества закрепления виброцементацией песчаных грунтов в отношении форм, размеров, сплошности и однородности закрепленного массива выполняется с учетом положений, содержащихся в 16.2.9 - 16.2.11 СП 45.13330.2012.