4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ
4.1. Проект инъекционного химзакрепления грунтов в целом, включая две его составные части (общестроительную и специальную технологическую) вне зависимости от того, раздельно или совместно разрабатываются эти части, должен содержать следующие проработки, решения, данные и материалы;
а) технико-экономическое обоснование выбора инъекционного химзакрепления грунтов в качестве оптимального решения данной конкретной задачи;
б) обоснованное решение о назначении типа (вида) основания, фундаментов или других заглубленных конструкций из закрепленных грунтов, включая выбор конструктивной схемы закреплении в соответствии с решаемой технической задачей;
в) масштабные инженерно-геологические планы и разрезы с нанесением обоснованных расчетом контуров и указанием расчетных размеров закрепленных массивов и требования к прочностным, деформационным и другим свойствам закрепленных грунтов;
г) обоснованные расчетом данные об объемах закрепленных грунтовых массивов и общем количестве необходимых для выполнения работ химических и других материалов;
д) точные данные о пространственном расположении в закрепляемых массивах инъекторов или инъекционных и контрольных скважин в плане и по глубине (вертикальные, наклонные горизонтальные) с указанием их глубин, наклонов, диаметров скважин и о допускаемых отклонений по направлениям, а также о местоположении единичных инъекций (заходок) по глубинам;
е) данные о номенклатуре, характеристиках и количестве необходимых для выполнения работ механизмов и оборудования (бурового, забивного, насосного, инъекционного компрессорного, емкостей и др.);
ж) обоснованные расчетами решения по режиму процесса закрепления (удельные расходы при нагнетании закрепляющих реагентов, величины давлений при нагнетании, ожидаемая производительность инъекционных работ, температура нагнетаемых растворов);
з) строительный генплан с нанесением на него расположения транспортных путей, сетей водоснабжения, теплоснабжения, канализации, электроснабжения и освещения, растворного узла и растворопроводов, складов для химических и других материалов, а также иных временных построек и устройств, необходимых для выполнения работ, дополняющие генплан графики поступления на строительство материалов, специального оборудования и строительных машин и графиков потребности в рабочих кадрах;
и) технологические карты или схемы с описанием способов и технологической последовательности производимых работ, стоимостей, трудозатрат и потребностей в механизмах и материалах по этапам;
к) объемы работ по контрольному закреплению и указания по их выполнению;
л) дополнительные указания к мероприятиям по контролю качества работ по закреплению грунтов, технике безопасности, охране окружающей среды;
м) другие данные общестроительного характера (вспомогательные устройства, мероприятия при работах в зимних условиях, обеспечение рабочего персонала пассажирским транспортом и общественным питанием);
н) смета, калькуляция и единичные расценки;
о) календарный план работ, в котором на основе объемов работ, технологии и наличия механизмов и оборудования устанавливаются последовательность и сроки выполнения отдельных видов работ, календарно определяются потребности в трудовых и других ресурсах по срокам, а также сроки поставки отдельных видов оборудования и материалов.
4.2. При закреплении грунтов под существующими сооружениями с применением горизонтальной технологии проект, кроме того, должен содержать требования, данные и указания по устройству технологических выработок, по выбору способа заглубления инъекторов или инъекционных скважин (задавливанием, забивкой, бурением), по номенклатуре и количеству соответствующего оборудования и в части особенностей технологии инъекционных работ из выработок.
Позиции а) - в) из перечисленного в п. 4.1 состава проекта при раздельном (двухэтапном) проектировании являются прерогативой проекта сооружения, а все остальные - специального технологического проекта закрепления грунтов.
При совмещенном (одноэтапном) проектировании все позиции составляют содержание единого рабочего проекта инъекционного химзакрепления грунтов.
Общестроительная часть проекта закрепления в силу ее общего характера может выполняться каждой проектной организацией профиля «Промышленные и гражданские сооружения». Специальная технологическая часть проекта может выполняться лишь специализированной проектной организацией или подразделением, имеющим специалистов по химзакреплению грунтов и опыт проектирования таких мероприятий.
4.3. Проект инъекционного химзакрепления грунтов в целом разрабатывается на основе следующих материалов:
а) материалов проекта сооружения, содержащих полные технические данные о нем, включая генплан и разрезы с данными о наземных конструкциях, фундаментах и основаниях, в том числе ожидаемые нагрузки на основание, а также сведения о расположенных вблизи сооружения других объектах;
б) для существующих сооружений на основе имеющихся архивных материалов о данном сооружении и результатов инженерного обследования сооружения с техническим заключением;
в) результатов инженерных изысканий, согласно требований СНиП и пособий на проектирование оснований и фундаментов зданий и сооружений, и на инженерные изыскания в строительстве, а также результатов специальных исследований, согласно разд. 3 настоящего пособия.
4.4. Работы по проектированию инъекционного химзакрепления грунтов, согласно состава проекта в п. 4.1, выполняют в следующем последовательном порядке: общестроительную часть проектирования начинают с технико-экономического анализа вероятных способов технического решения данной конкретной строительной задачи и в случае выбора закрепления грунтов составляют соответствующее обоснование выбора этого решения в качестве оптимального. Затем в соответствии с решаемой задачей выбирают тот или иной тип или вид заглубленных устройств из закрепленных грунтов, назначают конструктивную схему закрепления и расчетом определяют местоположение и размеры создаваемых закрепленных массивов и устанавливают соответствующие технические требования к закрепленным грунтам.
Далее в порядке специального технологического проектирования делают выбор конкретного способа закрепления, которым определяются и особенности технологии, и состав необходимых материалов.
При силикатизации и смолизации грунтов в зависимости от их вида, водопроницаемости и других данных выбирают расчетный радиус закрепления, длину действующей части инъектора или инъекционной скважины и производят расчет параметров инъекции;
Рис. 9. Конструктивные схемы инъекционного химзакрепления грунтов
а - сплошное закрепление; б - армированное закрепление; в - комбинированное закрепление
на соответствующих планах и разрезах, согласно вычисленным параметрам инъекции, производят пространственное размещение инъекторов или инъекционных скважин в закрепляемых массивах, после чего уточняют объем закрепления и потребность в материалах;
в зависимости от водопроницаемости грунтов, инженерно-геологических условий участка и характера решаемой задачи назначают режим нагнетания закрепляющих реагентов (удельные расходы, давления, последовательный порядок в плане и по глубине);
в соответствии с условиями работ, характером решаемой задачи и с объемами работ выбирают необходимое оборудование;
согласно заданным срокам с учетом установленного режима инъекции производят расчет необходимого количества оборудования, количества одновременно работающих инъекторов (или скважин), сменности работ и потребностей в рабочей силе, электроэнергии и других ресурсах;
составляют основные документы проекта, относящиеся к проектированию организации строительства и проектированию производства работ (генплан, технологические карты и схемы) и содержащие разнообразные позиции по обеспечению работ и выполнению основных работ по закреплению грунтов в соответствии с подпунктами «з» и «и» в п. 4.1;
согласно разд. 6 «пособия уточняют мероприятия по контролю качества закрепления грунтов, в частности объемы работ и рекомендации по контрольному закреплению грунтов, а также по контрольному бурению скважин и открытию шурфов;
согласно разд. 7 пособия уточняют мероприятия по технике безопасности и охране окружающей среды;
составляют смету и календарный график работ.
4.5. Выбор типа (вида) заглубленных устройств из закрепленных грунтов (оснований, фундаментов и других подземных конструкций разного назначения), определение форм и контуров закрепленных массивов, а также назначение конструктивной схемы закрепления (рис. 9) в рамках общестроительного проектирования осуществляют в соответствии с решаемой строительной задачей, исходя из общих требований механики грунтов и фундаментостроения к подземным устройствам указанных выше типов.
4.6. Размеры заглубленных устройств из закрепленных грунтов, их местоположение в естественной грунтовой среде и требования к прочностным, деформационным и другим свойствам закрепленных грунтов при расчете на основное и особое сочетание действующих нагрузок устанавливают расчетами по двум предельным состояниям, руководствуясь действующими общесоюзными и ведомственными СНиП и пособиями по проектированию оснований и фундаментов для промышленных и гражданских зданий и сооружений.
Необходимые характеристики закрепленных грунтов для указанных расчетов получают в результате специальных изысканий и исследований в соответствии с требованиями и рекомендациями, изложенными в разд. 3 настоящего пособия и дополненными соответствующими методиками, помещенными в приложениях.
4.7. Выбор конкретного способа (рецептуры) силикатизации и смолизации грунтов осуществляется в соответствии с требованиями к закрепленным грунтам, руководствуясь табл. 1 в разд. 1 пособия.
При закреплении грунтов в зоне сезонного промерзания прочность закрепленного грунта должна назначаться повышенной. Образцы закрепленных грунтов в этом случае должны быть испытаны на морозостойкость по методике для бетона (25 циклов).
Задаваемая проектом сооружения прочность закрепленных грунтов при одноосном сжатии не должна приниматься выше средних значений, указанных в табл. 1 приближенных величин.
4.8. При проектировании закрепления грунтов под существующими сооружениями с горизонтальным задавливанием инъекторов из технологических выработок рекомендуется применение проверенных опытом гидродомкратного устройства и инъекторов манжетно-тампонного типа, о которых подробнее будет сказано в разд. 5 пособия. Гидродомкраты должны обеспечить необходимое усилие задавливания инъекторов на максимальную глубину, обычно до 20 м. Номинальная величина усилия задавливания приближенно рассчитывается по формулам Клейна1, после чего проверяется опытным путем в натурных условиях и при необходимости корректируется.
1 Клейн Г.К. Расчет труб, уложенных в земле. М., 1957.
4.9. Если по результатам лабораторных исследований закрепления грунтов однорастворными способами силикатизации и смолизации выявлена необходимость предварительной обработки грунтов отвердителем, то такая обработка предусматривается в проекте в соответствии с рекомендациями лаборатории.
4.10. В существующих сооружениях, когда по результатам инженерных изысканий выявлены пустоты под фундаментами, трещины в самих фундаментах или полости в основании от сгнивших свай и деревянных включений и запроектирована силикатизация или смолизация грунтов, технология закрепления дополняется вспомогательной цементацией на контакте фундамента с основанием. Вопросы проектирования цементации в качестве вспомогательного средства при силикатизации и смолизации рассматриваются ниже.
4.11. Величина расчетного радиуса закрепления при силикатизации и смолизации грунтов назначается в зависимости от вида и водопроницаемости грунтов согласно табл. 8.
4.12. Длина действующей (перфорированной) части инъектора или инъекционной скважины l принимается для грунтов однородного сложения равной 1 м, для грунтов неоднородного сложения - 0,5 м. При закреплении однородных просадочных суглинков через инъекционные скважины величина l может быть увеличена до 3 м.
Таблица 8
Способ закрепления
|
Вид грунта
|
Коэффициент фильтрации, м/сут
|
Радиус закрепления грунта, м
|
Силикатизация двухрастворная
|
Пески разной крупности
|
5 - 10
10 - 20
20 - 50
50 - 80
|
0,3 - 0,4
0,4 - 0,6
0,6 - 0,8
0,8 - 1
|
Силикатизация однорастворная двухкомпонентная
|
То же
|
0,5 - 1
1 - 2
2 - 5
|
0,4 - 0,6
0,6 - 0,8
0,8 - 1
|
Силикатизация газовая
|
»
|
0,5 - 1
1 - 5
5 - 20
|
0,3 - 0,5
0,5 - 0,8
0,8 - 1
|
Силикатизация однорастворная однокомпонентная
|
Просадочный лессовый грунт
|
0,2 - 0,3
0,3 - 0,5
0,5 - 2
|
0,4 - 0,7
0,7 - 0,8
0,8 - 1,0
|
Смолизация однорастворная двухкомпонентная
|
Пески разной крупности
|
0,5 - 1
1 - 5
5 - 10
10 - 20
20 - 50
|
0,3 - 0,5
0,5 - 0,6
0,65 - 0,85
0,85 - 0,95
0,95 - 1
|
4.13. Расчет параметров инъекции при силикатизации и смолизации осуществляется в соответствии с расчетной схемой, приведенной на рис. 10. В основу этой схемы положен объем закрепленного грунтового массива от единичной инъекции в форме условного цилиндра l радиусом r и высотой lз, равновеликий объему действительного закрепленного массива в форме, близкой к эллипсоиду вращения. Радиус цилиндра условно называется радиусом закрепления, а его высота представляет собой величину перемещения действующей части инъектора вдоль его оси от одной единичной инъекции к другой и называется заходкой; заходкой называют также сам закрепленный грунтовый массив от единичной инъекции. Эмпирические формулы, определяющие расстановку инъекторов (скважин) в плане и величину заходки с соответствующими коэффициентами, обеспечивают при инъекции сплошное закрепление грунтового массива.
Рис. 10. Расчетная схема инъекционного химзакрепления грунтов
А - для единичной заходки; Б - для сплошного массива; 1 - расчетный массив закрепленного грунта от одной заходки; 2 - действительный массив закрепленного грунта от одной заходки для однородной среды; 3 - инъекторы или инъекционные скважины; 4 - перфорированная часть инъектора или действующая часть скважины; 5 - сплошной массив закрепленного грунта
4.14. При сплошном варианте конструктивной схемы закрепления грунтов (рис. 9) инъекторы или инъекционные скважины в плане располагаются рядами в шахматном порядке.
Расстояние (м) между рядами инъекторов (скважин) определяется по формуле
lp = 1,5r, (1)
а расстояния (м) между инъекторами (скважинами) в ряду по формуле
lи = 1,73r, (2)
где r - расчетный радиус закрепления от единичной инъекции, м.
4.15. Сплошное закрепление грунтов одним инъектором или через инъекционную скважину по глубине (вертикально, наклонно или горизонтально) достигается инъекцией закрепляющих реагентов последовательными участками, заходками определенной величины.
Величина заходки (м) вычисляется по формуле
lз = l + 0,5r, (3)
где l - длина перфорированной (действующей) части инъектора (скважины), м; 0,5 - эмпирический коэффициент.
На основе геометрических параметров закрепления, определяемых формулами (1) - (3) и заданных проектом конструктивной схемы закрепления, форм и размеров закрепляемых грунтовых массивов производится пространственное размещение в этих массивах инъекторов (скважин) в плане и заходок по глубине.
Одновременно на топографической основе проекта (планах и разрезах) с пространственным размещением заходок в закрепленном массиве делается подсчет общего количества заходок.
4.16. Объем закрепленного грунта (м3) от единичной инъекции в одну заходку определяется по формуле
qгр = pr2lз. (4)
Общий объем (м3) закрепленного грунта в общем случае находится произведением объема от единичной заходки qгр на количество заходок в массиве.
Объемы закрепляющих растворов рабочих концентраций и гелеобразующих смесей (м3) при химзакреплении грунтов в общем случае вычисляются по формуле
Q = Qгрna, (5)
где Qгр - объем закрепляемого грунта, м3; n - расчетная пористость грунта в долях единицы; a - коэффициент заполнения пор, равный при: двухрастворной силикатизации для каждого раствора 0,5; однорастворной силикатизации песчаных грунтов 1; силикатизации просадочных лессовых грунтов 0,7; смолизации песчаных грунтов 1; цементации крупнообломочных и трещиноватых скальных грунтов 1,0; при газовой силикатизации: песчаных грунтов 0,7, просадочных лессовых грунтов 0,8.
Объем раствора крепителя рабочей концентрации на единичную инъекцию в одну заходку при однорастворной двухкомпонентной силикатизации и смолизации песчаных грунтов находится по формуле
qк = qc/(1 + a), (6)
где qc - объем гелеобразующей смеси на единичную инъекцию, определяемый по формуле (5); a - объемное отношение отвердителя к крепителю для данной рецептуры.
Объем отвердителя рабочей концентрации на единичную заходку находится как разность объемов гелеобразующей смеси и крепителя. Общие объемы растворов крепителей и отвердителей рабочих концентраций в общем случае находятся как произведение единичных объемов на количество заходок.
Количество исходного раствора закрепляющего реагента (л), необходимое для приготовления любого заданного объема раствора рабочей концентрации, в общем случае определяется по формуле
 (7)
где rрк - плотность раствора рабочей концентрации, г/см3; rв - плотность воды, г/см3, принимаемая равной 1; rик - плотность исходного раствора, г/см3; Qрк - количество раствора рабочей концентрации, л.
Количество воды, добавляемое к раствору исходной концентрации при приготовлении раствора рабочей концентрации, находится как разность объемов этих растворов.
4.17. Для газовой силикатизации количество углекислого газа (кг), необходимое для предварительной активизации грунтов, рассчитывается по формуле
Aг = Qгрncrг, (8)
а для отверждения раствора в порах грунта, кг - по формуле
Бг = Qгрnbrг, (9)
где Qгр - объем закрепляемого грунта, м3; n - пористость грунта в долях единицы; c - коэффициент, равный 2,5; rг - плотность углекислого газа, кг/м3; b - коэффициент, равный для песчаных грунтов 8; для просадочных грунтов 4.
4.18. По формулам (1) - (9) и данным пространственного размещения единичных инъекций в закрепляемых массивах получают необходимые данные об объемах инъекционных работ, о необходимых количествах химических материалов и задают параметры инъекционного закрепления грунтов.
4.19. Закрепляющие реагенты - растворы, смеси и газы должны нагнетаться в грунты медленно и равномерно. Применяемые при этом величины расходов и давлений не должны вызывать в грунтах разрывов и выходов реагентов из контура единичной инъекции.
Для раствора эти условия приближенно обеспечиваются при величинах расхода от одного инъектора (скважины) через его действующую часть длиной в 1 м в зависимости от водопроницаемости грунтов, согласно табл. 9.
Таблица 9
Коэффициент фильтрации, м/сут
|
Расход раствора л/мин
|
Коэффициент фильтрации, м/сут
|
Расход раствора л/мин
|
Пылеватые и мелкие пески:
|
|
Средней крупности и крупные пески:
|
|
0,5 - 1
|
1 - 2
|
5 - 10
|
1 - 2
|
1 - 5
|
2 - 5
|
10 - 20
|
2 - 3
|
|
|
20 - 50
|
3 - 5
|
Для действующей части инъектора или скважины иной длины допускаемые величины расходов соответственно изменяются по линейной экстраполяции.
4.20. В целях исключения возможности гидравлического подъема фундаментов, в случае возникновения в грунтах разрывов, величины давлений при закреплении грунтов под существующими сооружениями не должны превышать давлений на грунты от действующих нагрузок.
С той же целью (не допустить гидравлического подъема фундаментов при закреплении водонасыщенных грунтов) инъекционные работы должны производиться участками в таком последовательном порядке, который обеспечивал бы свободное отжатие грунтовой воды закрепляющими растворами и не допускал ее защемления.
4.21. При закреплении достаточно распространенных грунтов (просадочных лессовых, насыпных гумусировых песков и др.) под существующими сооружениями возможны временные осадки фундаментов от замачивания грунтов закрепляющими растворами.
Для устранения опасности возникновения нарушений в конструкциях от неравномерных осадок в этих случаях проектом при любом способе закрепления грунтов должен быть предусмотрен такой последовательный порядок инъекционных работ, который обеспечивал бы равномерное по всему сооружению указанное влияние инъекции на осадку фундаментов, и не допускал бы опасной неравномерности этих осадок.
4.22. В однородных по водопроницаемости грунтах или при уменьшении их водопроницаемости с глубиной закрепление следует производить заходками сверху вниз. Если коэффициент фильтрации с глубиной увеличивается, закрепление следует производить снизу вверх.
В неоднородных песчаных грунтах с частой слоистостью и разной водопроницаемостью, отличающейся более чем на 30 %, нагнетать химические растворы следует раздельно по слоям. Слои грунта с большим коэффициентом фильтрации закрепляют в первую очередь. При небольшой мощности закрепляемого слоя применяют инъекторы с укороченной перфорированной частью.
4.23. При инъекционном химзакреплении водонасыщенных грунтов движение грунтовых вод практически может иметь существенное влияние на процесс инъекции лишь при силикатизации двухрастворным способом. В этом случае нагнетание закрепляющих растворов в грунты производят в следующем порядке:
при скорости грунтовых вод до 1 м/сут нагнетают жидкое стекло последовательно заходками сверху вниз на всю глубину закрепляемого грунта, а затем раствор хлористого кальция заходками снизу вверх;
при скорости грунтовых вод 1 - 3 м/сут поочередно нагнетают в каждую заходку жидкое стекло и раствор хлористого кальция;
при скорости грунтовых вод более 3 м/сут грунт закрепляют в две очереди: вначале устраивают временную водонепроницаемую завесу, а затем под ее защитой закрепляют основной массив грунта; при устройстве временной завесы одновременно нагнетают в каждую заходку жидкое стекло и раствор хлористого кальция через разные инъекторы, забитые на расстоянии 0,15 - 0,2 м один от другого так, чтобы жидкое стекло по мере движения его с потоком грунтовых вод было перехвачено раствором хлористого кальция. После устройства временной завесы закрепляют основные грунты поочередным нагнетанием растворов в каждую заходку.
4.24. Проектирование организации работ по химзакреплению грунтов инъекцией выполняется согласно изложенным выше положениям по организации работ, а также руководствуясь действующими СН по разработке проектов организации строительства и проекта производства работ. На рис. 11 и 12 приведены примерные схемы организации работ по химзакреплению грунтов через инъекторы и через инъекционные скважины.
4.25. Мероприятия по контролю качества работ по химзакреплению грунтов назначаются проектом закрепления согласно требованиям, изложенным в разд. 6 настоящего пособия.
4.26. Мероприятия по технике безопасности и охране окружающей среды назначаются проектом согласно требованиям, изложенным в разд. 7 пособия.
4.27. Сметной стоимостью должен быть обеспечен весь комплекс работ, необходимый для реализации проекта по силикатизации и смолизации грунтов, в частности по следующим разделам проекта:
вспомогательная цементация на контакте фундамент - грунт;
химзакрепление грунтов инъекцией (технология выполнения работ);
нестандартное оборудование и металлоконструкции;
технологические линии;
электроснабжение, освещение, связь;
вентиляция;
временные здания и сооружения;
проектные работы.
Рис. 11. Схема организации работ по закреплению грунтов через инъекторы
1 - место складирования химреагентов; 2 - пневмоустановки (или насосы); 3 - верстак; 4 - емкость с водой; 5 - компрессор; 6 - емкость для приготовления рабочих растворов; 7 - насос; 8 - погруженные инъекторы; 9 - нагнетание закрепляющих растворов; 10 - закрепленный грунт; В - вода; PC - закрепляющие растворы или смеси
Рис. 12. Схема организации работ по закреплению просадочных лессовых грунтов через инъекционные скважины
1 - силикаторазварка и растворный узел; 2 - растворовод; 3 - бурение скважин; 4 - закрепление грунтов; 5 - отрытие котлованов; 6 - установки колонн; 7 - колонна
4.28. По объемам работ перечисленных выше разделов составляются локальные сметы, итоговые результаты которых входят в состав общей (суммарной) сметы на химзакрепление грунтов, которая, в свою очередь, может входить в состав генеральной (сводной) сметы на строительство или капитальный ремонт сооружения.
4.29. Под вспомогательной цементацией понимается нагнетание цементных растворов на контакте фундамента с основанием, осуществляемое при инъекционном закреплении грунтов под существующими сооружениями, в качестве мероприятия против утечки закрепляющих маловязких растворов или газа через трещины и полости в ветхой фундаментной кладке.
4.30. Вспомогательная цементация применяется при наличии значительного количества трещин, в том числе сквозных, и пустот в кладке фундаментов, а также при наличии полостей под подошвой фундамента, возникших вследствие локальных просадок или осадок грунтов основания. По своему значению вспомогательная цементация является заполнительной.
4.31. Решение о применении вспомогательной цементации принимается на основе данных инженерно-геологических изысканий.
4.32. Вспомогательная цементация назначается проектом как дополнительный элемент технологии производства работ по химзакреплению грунтов и осуществляется перед началом этих работ.
4.33. Нагнетание цементных растворов на контакте фундамент - основание осуществляется преимущественно через наклонные, отчасти вертикальные инъекционные скважины в фундаментах зданий и сооружений, с помощью устанавливаемых в них инъекторов-тампонов.
4.34. Проект закрепления грунтов в части вспомогательной цементации должен обеспечить монтаж оборудования, бурение инъекционных скважин и установку инъекторов-тампонов, нагнетание цементных растворов, ликвидацию скважин и выполнение контрольных инъекций.
При проектировании вспомогательной цементации следует, кроме того, руководствоваться требованиями и рекомендациями по проектированию обычной цементации грунтов, которые во многом идентичны вследствие близости технологий.
* * *
4.35. В промышленном и гражданском строительстве в основном применяется цементация трещиноватых скальных и крупнообломочных грунтов, а также крупных пустот и полостей в грунтах карстового и иного происхождения.
4.36. При проектировании цементации необходимо учитывать специальные требования.
Требования к цементации грунтов, выполняемой в целях выравнивания или повышения модуля деформации грунтов, сводятся к задаче по заполнению крупных и средних трещин и пор цементным и цементно-глинистым камнем с кубиковой прочностью не менее 2 МПа.
Критерий достаточной прочности грунтов - удельное водопоглощение при цементации в скальных грунтах крупной и средней трещиноватости, обычно не превышает 0,1 - 0,2 л/мин×м2. В грунтах, имеющих сравнительно тонкую трещиноватость, этот критерий может быть в два раза меньше. Отдельные высокие показатели водопоглощения в контрольных скважинах, превышающие расчетные в 5 - 10 раз, не являются основанием к браковке выполненных работ, поскольку высокие расходы в отдельных зонах зацементированных грунтов, как показывает практика, не влияют на модуль деформации массива грунтов. В соответствии с изложенным цементация для указанных целей обычно выполняется по редкой сетке из расчета одна скважина на 15 - 30 м2.
4.37. Требования к цементации скальных грунтов, выполняемой для улучшения параметров сопротивляемости сдвигу, сводятся к задаче по закреплению и омоноличиванию блоков, разделенных протяженными трещинами. Для этой цели в основном применяются чисто цементные растворы, нагнетаемые при наибольших допустимых давлениях.
4.38. Цементация скальных грунтов представляет собой принудительное внедрение в породу цементных растворов, образующих в течение времени плотный цементный и цементно-глинистый камень, заполняющий более или менее полно трещины и пустоты в грунтах.
4.39. Раствор вводят в грунт через пробуренные в грунте скважины инъекционным способом под давлением 0,1 - 2 МПа и более.
4.40. В практике цементационных работ в основном применяются два типа растворов: быстрорасслаивающиеся с большим водоотделением (в основном цементные суспензии); стабильные растворы с небольшим водоотделением (цементно-глинистые, цементно-бетонитовые и т.д.).
Рекомендуемые приборы для определения параметров цементных растворов приведены в прил. 12 - 16.
4.41. Быстрорасслаивающиеся растворы заполняют трещины постепенно по мере выпадения частиц цемента в осадок. Интенсивность этого процесса возрастает с уменьшением скорости движения раствора по трещинам. Поэтому сначала заполняются трещины на некотором удалении от оси цементационных скважин и только потом, по мере роста сопротивления движению раствора и соответствующего уменьшения его скорости, происходит заполнение трещин и вблизи инъекционных скважин. Именно поэтому цементацию необходимо доводить до полного отказа в поглощении раствора.
4.42. Невысокая динамическая вязкость расслаивающихся цементных суспензий, особенно жидких, применяемых обычно в начале цементации, позволяет эффективно цементировать скальные грунты в радиусе до 1,5 - 2,5 м.
4.43. Быстрорасслаивающиеся суспензии наиболее эффективны в водонасыщенных и сухих грунтах. Исключением являются пористые скальные и полускальные грунты, сухие слабосцементированные песчанники, алевролиты и т.д. Благодаря пористости такие грунты быстро обезвоживают цементные суспензии, что приводит к ухудшению качества цементации из-за образования в трещинах пробок из обезвоженного раствора.
В целях профилактики против образования пробок эффективно применяется предварительная закачка в цементируемую скважину жидкого силикатного раствора, образующего на поверхности стенок трещин непроницаемую для воды пленку.
4.44. Стабильные растворы, как правило, обладают высокой динамической вязкостью, что ограничивает их применение в грунтах с относительно тонкой трещиноватостью. Особенно неудобны в этом отношении растворы, в состав которых входят суглинок и глина с большим содержанием крупных фракций.
4.45. Стабильные растворы чаще всего применяют в скальных грунтах для заполнения в них крупных пустот и крупных трещин, особенно карстовых, а также в грунтах средней трещиноватости, не требующих высокого качества цементации. В первом случае стабильные растворы применяют с добавкой мелкого или крупного песка. В водонасыщенных грунтах за время инъекции стабильные растворы практически не отдают воду, а в крупных трещинах, где возможно турбулентное перемешивание с грунтовой водой, часто разжижаются, теряя способность к схватыванию (затвердеванию), поэтому их целесообразнее применять в сухих грунтах, особенно пористых, т.е. в условиях, где опасное для этого типа растворов разжижение с грунтовой водой не может иметь место.
4.46. Стабильные растворы часто применяются в комбинации с расслаивающимися цементными суспензиями поочередно. При этом порядок их чередования определяется назначением работ с учетом характера неоднородности данных грунтов.
4.47. Качество цементации во многом зависит от давления, применяемого при инъекции. Достаточно высокое давление способствует увеличению скорости движения раствора по трещинам, препятствует преждевременному образованию пробок и в целом увеличивает эффективность цементации, главным образом, за счет деформаций, возникающих под влиянием высокого давления инъекции. Деформации локализуются в виде упругого раскрытия трещин, закрытие которых после цементации способствует отжатию воды из осевшего в трещинах цементного теста, из которого образуется очень плотный цементный камень, обеспечивающий хорошее качество сопряжения между блоками скального грунта, разделенными трещинами. Кроме того, в результате упругих деформаций хорошо цементируются трещины с небольшим раскрытием в естественном состоянии (0,1 - 0,3 мм).
Высокое давление при цементации - свыше 2,5 - 3 МПа требует специальных мер против разрыва грунта по напластованиям, а также по закрытым трещинам. Профилактикой против указанного явления является применение насосов с предельным расходом не свыше 40 - 60 л/мин. Такие насосы обеспечивают автоматическое снижение давления при инъекции, поскольку раскрытие трещин обычно сопровождается увеличением удельного расхода раствора до величины, при которой поддержание давления на высоком уровне невозможно из-за малой производительности насоса.
4.48. Применение высокого давления при цементации определяется:
возможностью и допустимостью разрыва пластов за пределами цементируемой области;
наличием достаточной пригрузки, препятствующей возникновению опасных (разрушающих) деформаций как в цементируемом массиве, так и в сооружениях, расположенных в зоне цементационных работ;
экономическими соображениями, поскольку применение высокого давления в некоторых случаях связано с неоправданными потерями инъекционных материалов.
4.49. Цементацию выполняют в виде сетки скважин из расчета одна скважина на 9 - 36 м2 и по месту, из условия подсечки определенных трещин или систем трещин.
|
