Цементация грунтов по струйной технологии.

Метод струйной цементации заключается в использовании энергии высоконапорной струи цементного раствора или воды с воздушным потоком для разрушения и одновременного перемешивания грунта с цементным раствором. После твердения смеси образуется грунтоцемент (при полном замещении грунта - цементный камень) - материал, обладающий определенными прочностными и деформационными характеристиками.

Метод струйной цементации может применяться в песчаных, супесчаных, суглинистых и глинистых грунтах. Условием применимости струйной технологии является получение требуемых проектом заданных размеров, форм и характеристик материала грунтоцемента:

1. Прочность на сжатие.
2. Однородность.
3. Долговечность (для постоянных конструкций).

В фундаментостроении метод струйной цементации используется при создании временных и постоянных несущих и ограждающих конструкций из грунтоцементных элементов, выполненных в виде цилиндрических массивов типа свай, и противофильтрационных завес в виде тонких полостей в грунте, заполненных грунтоцементом, или конструкций из взаимно пересекающихся грунтоцементных элементов (jet-свай).

Струйная технология включает в себя следующие основные операции:

1. Бурение направляющей лидерной скважины без обсадки на глубину, превышающую глубину заложения сваи или завесы на 1 м.
2. Размыв в грунте по мере подъема инструмента (монитора) прорези или цилиндрической полости с одновременным смешением грунтового шлама с цементным или цементоглинистым раствором.

Закрепление грунтов методом струйной цементации, в зависимости от грунтовых условий, назначения и требуемой прочности и фильтрационных свойств создаваемой грунтоцементной конструкции, может производиться по следующим трем технологиям:

1. Однокомпонентная технология (Jet1). Разрушение грунта производится струей цементного (цементоглинистого) раствора. Технология наиболее простая в исполнении, достигается наибольшая плотность и прочность грунтоцемента. Прочность на сжатие грунтоцемента при оптимальном расходе цемента (350 - 400 кг/м3) в песчаных грунтах, выполненных по технологии (Jet1), составляет в среднем 5 - 10 МПа, в глинистых грунтах - до 4 МПа. Диаметр грунтоцементных свай в глинистых грунтах не превышает 500 мм, в песчаных грунтах - 700 мм. Возможны более высокие показатели диаметра и прочности при повышенных расходах цемента вплоть до полного замещения грунта цементным раствором.
2. Двухкомпонентная технология (Jet2). Для увеличения объема закрепляемого грунта используется дополнительно энергия сжатого воздуха, создающего искусственный воздушный поток вокруг струи раствора. Плотность и прочность грунтоцемента ниже на 10 - 15%, чем по технологии Jet1, диаметр грунтоцементных элементов больше и достигает в глинистых грунтах 700 мм, в песках 1000 мм.
3. Трехкомпонентная технология (Jet3). Разрушение грунта производится водной струей в искусственном воздушном потоке, а цементный (цементоглинистый) раствор подается в виде отдельной струи. Плотность и прочность грунтоцемента значительно ниже, чем при Jet1 и Jet2, диаметр грунтоцементных элементов больше и может достигать при оптимальном расходе цемента в глинах 900 мм, в песках 1500 мм.

Выбор технологии и состава твердеющего раствора зависит от назначения конструкции, требуемой прочности или иных показателей грунтоцемента, определенных проектом. Для уточнения технологических параметров и увязки их с конкретными условиями объекта рекомендуется предварительное проведение опытных работ.

Комплект технологического оборудования, необходимый для струйной цементации грунтов по технологии с использованием технологий Jet1, Jet2, Jet3, в зависимости от решаемых технических задач, включает:

1. Буровой станок со струйным монитором, предназначенный для бурения направляющей скважины и перемещения в ней струйного монитора с вращением или без него;
2. Растворный узел, скомпонованный растворомешалками для приготовления и хранения до реализации твердеющего раствора и высоконапорными насосами для подачи через монитор размывающего и твердеющего растворов;
3. Компрессор для подачи сжатого воздуха с целью создания воздушного потока (для Jet2, Jet3);
4. Склад (силос) для хранения и механизированной подачи цемента для приготовления твердеющего раствора.

Работы по закреплению грунтов растворами по струйной цементации следует выполнять в соответствии с соблюдением правил, приведенных в 16.1.2 - 16.1.4 СП 45.13330.2012.

Контроль качества и оценка завершенности работ по закреплению грунтов методом струйной цементации, относящихся к скрытым работам, должен производиться систематически на всех этапах производства работ, включая:

1. Входной контроль поступающих материалов, заключающийся в проверке соответствия их стандартам, техническим условиям, паспортам и другим документам, подтверждающим качество материалов, в проверке соблюдения требований их разгрузки и хранения;
2. Контроль за скважинами, их расположением в плане, габаритами (диаметром и глубиной), направлением и отклонением от вертикали в массиве;
3. Оперативный контроль за соблюдением технологического режима производства работ (скорость подъема и вращения монитора, консистенция и расход цементного раствора, давление нагнетания размывающего и твердеющего растворов), соответствующего проектным рекомендациям;
4. Контрольные работы по определению результатов укрепления основания струйной цементацией и соответствие их проектным требованиям.

Контроль качества закрепления грунтов методом струйной цементации 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.

Количество и расположение свай, намеченных для испытаний, назначается проектной организацией, но должно быть не менее двух на каждые сто свай, расположенных в одинаковых грунтовых условиях.

Оценка прочности материала цилиндрических грунтоцементных массивов (свай) производится путем испытания на одноосное сжатие кернов, выбуренных из тела сваи (в центре и на периферии) не ранее, чем через 7 суток после ее изготовления.

Качество закрепленных грунтов методом струйной цементации (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%.