Технологические схемы буросмесительной технологии
Объемное закрепление (Mass Stabilization).Объемное закрепление грунта производится, как правило, на глубину не более 7 м [4]. Рабочие органы или смесители монтируются на гусеничные экскаваторы и могут иметь вид: культиваторного типа и обычного двухлопастного смесителя.
Обработка грунта производится захватками длиной 3-5 м и шириной 2-3 м, что ограничивается вылетом стрелы экскаватора. Вяжущее используется в сухом состоянии (цемент, известь, шлаки, золы уноса, гипс, жидкое стекло) с той целью, чтобы грунтоцементная (грунтоизвестковая) смесь была в «пластичном» или «твердопла-стичном» состоянии, так как при «текучей» консистенции смеси возможно «проваливание» экскаватора в зоне обработки грунта. Технологическая схема закрепления грунта представлена на рис. 8.6.
Рис. 8.6. Технологическая схема объемного закрепления грунта
Обработка грунта производится следующим образом:
• на участке закрепления размечаются захватки прямоугольной формы;
• экскаватор со смесителем устанавливают на точку «закрепления»;
• производится обработка захватки до получения однородной смеси;
• при необходимости производят контроль качества закрепления - отбор смеси для лабораторных испытаний, визуальный контроль качества и др.;
• поверху закрепленного участка раскатывается геотекстильный материал и отсыпается гравийная подушка высотой 0,5-2,5 м (или требуемая высота по проекту) для обеспечения устойчивости экскаватора и исключения его «проваливания» в обработанный грунт;
• экскаватор перемещают на следующую точку и производят закрепление.
Обычно технология объемной стабилизации применяется в дорожном строительстве, поэтому геотекстиль и щебеночная подушка используются в дальнейшем как часть дорожной одежды. В случае использования данной технологии в малоэтажном строительстве, щебень и геотекстиль можно либо использовать в качестве основания, либо убирать для повторного использования.
Одним из вариантов использования технологии является захоронение вредных отходов, когда грунт, загрязненный различными опасными веществами (нефтепродукты, продукты химического загрязнения и др.), обрабатывается специальными реагентами, которые герметизируют опасные вещества. Преимущества данной технологии для обработки загрязненных грунтов очевидны по сравнению с другими технологиями:
• грунты обрабатываются на месте их залегания без выемки;
• непроизводительные потери практически отсутствуют;
• также отсутствует выход пульпы на поверхность в связи с использованием вяжущего в сухом состоянии;
• используется минимальный комплект оборудования, что увеличивает мобильность установки и позволяет использовать в труднодоступных и труднопроходимых местах;
• окружающая территория осушается при использовании сухого вяжущего.
Расход вяжущего варьируется от 70 до 200 кг/м3 в зависимости от типа грунтов и решаемой задачи. Спектр задач, решаемых с помощью объемной стабилизации грунтов, довольно обширен:
• устройство фундаментов под промышленные и гражданские здания, под оборудование и др.;
• устройство площадок грузовых терминалов, садово-паркового и спортивного назначения;
• подготовка основания под бассейны, резервуары и др.;
• закрепление склонов, откосов, предотвращение эрозии грунтов;
• изолирование загрязненных земель, утилизация и нейтрализация промышленных, химических, токсичных отходов;
• закрепление слабых водонасыщенных илистых, заторфованных, пьшевато-глинистых грунтов и др.
Одним из перспективных направлений такой технологии является превентивное закрепление слабых грунтов при откопке котлованов, а также закрепление сильносжимаемых грунтов для устранения эффекта отрицательного трения в случае свайного фундамента (рис. 8.7).
Рис. 8.7. Закрепление грунта околосвайного пространства:
а –закрепление слабого грунта установкой ALLU;
б –устройство буровых свай
В первом случае слабый грунт закрепляется при минимальном расходе вяжущего с той целью, чтобы в дальнейшем производить либо разработку грунта, либо устройство грунтоцементных конструкций (ограждений) по технологии струйной цементации. В случае устройства шпунтового ограждения часть закрепленного грунта снижает активное давление на шпунтовую стенку, а при небольшой глубине котлована можно обеспечить устойчивость стенок и без применения конструкций ограждения.
Комбинированная струйно-смесительная технология (JACS-MAN, SWING, GeoJet, Ldis, Turbojet).Струйно-смесительные технологии относятся к классу «W-J-E», т.е. в качестве вяжущего используется цементный раствор, перемешивание/разрушение грунта производится механически и с помощью высоконапорной струи, место перемешивания - на забое скважины [4]. Как отмечалось выше, для обеспечения качественного перемешивания грунта с вяжущим высоконапорной струи при струйном размыве зачастую недостаточно, а при использовании буросмесительной технологии диаметр свай ограничен размерами рабочего органа. Для устранения этих проблем механическое перемешивание грунта было совмещено со струйным размывом. Для этой цели на концах смешивающих лопаток монтируются специальные сопла, из которых под большим давлением истекает растворная струя.
Преимуществом такой технологии является возможность применения в любых инженерно-геологических условиях, так как наряду с механическим разрушением используется и гидравлический размыв грунта. Например, применение буросмесительной технологии в гравийно-галечниковых грунтах представляет некоторую сложность,
необходимо применение громоздкого оборудования с большими крутящими усилиями, необходимыми для перемешивания гравийных грунтов.
Такая технология является универсальной, так как при подаче раствора при более низком давлении струйно-смесительная технология превращается в буросмесительную.
Оборудование для струйно-смесительной технологии может иметь 1-2 буровые колонны. Диаметр получаемых грунтоцементных свай варьируется от 0,6 м (зона механического разрушения) до 3,6 м (зона струйного размыва). Глубина закрепления обычно составляет 20-25 м, однако существует возможность закрепления грунта на глубину до 40 м. Водоцементное отношение раствора, как правило, составляет 0,8-1,0, однако иногда применяется W/C = 0,5-1,5. Давление нагнетания раствора в зависимости от грунтовых условий может достигать 45 МПа.
Спектр задач, решаемых с помощью струйно-смесительных технологий, такой же, как и для буросмесительных:
• закрепление грунта (армирование);
• устройство противофильтрационных завес;
• устройство ограждений котлованов;
• устройство фундаментов глубокого заложения и др.
Однако помимо преимуществ струйно-смесительная технология имеет ряд недостатков, которые перешли от «материнских» технологий:
• возможна закупорка скважины грунтоцементной пробкой (как в струйной технологии), вследствие чего возможно возникновение гидравлического разрыва окружающего массива грунта и заполнение его цементным раствором, что ведет к увеличению расхода раствора;
• для такой технологии необходимы большие энергетические мощности.
Оборудование для струйно-смесительных технологий используется стандартное, как для струйной и буросмесительной технологий. Для улучшения струйного размыва иногда используется двухкомпонентная струйная технология – раствор подается в соосном воздушном потоке.
Поверхностное перемешивание грунтов (Shallow Soil Mixing).
К технологиям поверхностного перемешивания грунтов относятся все виды и подвиды смесительных технологий, с помощью которых закрепление производится на глубину не более 5-7 м [4]. Сюда же можно отнести и технологии объемной стабилизации грунтов, так как их глубина обычно не превышает 7 м. Существуют две разновидности этой технологии:
• грунт перемешивается на месте своего залегания лопастными (или культиваторного типа) смесителями;
• грунт извлекается, перемешивается в специальных смесителях, затем производится укладка смеси в выработку.
Такие технологии нашли широкое применение в США для закрепления и утилизации грунтов, загрязненных токсичными, химическими или другими вредными отходами. В качестве вяжущего используется цементный раствор, специальные реагенты или их смесь. Вяжущее может подаваться в виде раствора или в сухом виде. Диаметр смешивающих лопастей варьируется от 1 до 4 м в зависимости от применяемого оборудования.
В случаях, когда требуются более тщательное перемешивание грунта и исключение необработанных участков, используется технология перемешивания с выемкой грунта. Грунт выбирается захватками, транспортируется к специальным смесителям, где производится смешивание грунта с вяжущим. После получения однородной смеси ее укладывают в выемку, при необходимости уплотняют. Данная технология также используется в США для обезвреживания различных отходов или обработки грунтов, загрязненных такими отходами.
Режуще-смешивающая технология (Cutter Soil Mixing, Cut-Mix-Injection, TRD method).Данная технология позволяет получать плоские панельные конструкции толщиной до 1,5 м [4]. Отличает данную технологию от буросмесительной расположение режуще-смешивающего рабочего органа, который имеет вид фрез, вращающихся в вертикальной плоскости.
Также помимо круглых фрез используются и цепные фрезы, с помощью которых можно сооружать сплошные панели, зачастую использующиеся в качестве противофильтрационных диафрагм.
Преимуществом установок с цепными фрезами является получение протяженных плоских противофильтрационных завес сплошного сечения. Зачастую добиться сплошности стыковки при устройстве грунтоцементных свай, даже при использовании трех-пятирядных буровых колонн, не удается, особенно на забое скважины. При бурении может происходить отклонение буровой колонны от вертикали вследствие наличия различных грунтов, слагающих площадку, а также от неточности при монтаже оборудования. При устройстве одиночных панелей (установки с круглыми фрезами) также существует вероятность нарушения герметичности при стыковке таких панелей. Однако основным преимуществом данных технологий является сплошность получаемых завес.
Конструкции, полученные по буросместельной технологии, имеют нарушения сплошности по краям.
В качестве материала используется цементный или цементно-бентонитовый раствор. Инъекция раствора осуществляется через сопла, расположенные между фрезами. Глубина обработки может достигать 60 м в зависимости от выбранного оборудования.
Для обеспечения устойчивости стенок панели их устройство производится через одну, при этом существуют две схемы стыковки смежных панелей:
• стыковка непосредственно после устройства соседних панелей (в Европе этот метод имеет название «fresh-to-fresh method»), т. е. смежную панель устраивают, когда соседние панели еще не затвердели;
• стыковка после твердения соседних панелей («hard-to-hard method»), т. е. смежную панель устраивают после твердения соседних панелей.
При устройстве панелей происходит излив грунтоцементной пульпы на поверхность в некоторых количествах, для чего устраиваются траншеи по длине панелей. Изготовление самих панелей может производиться по одноэтапной и двухэтапной схемам.
Одноэтапная схема:раствор подается при погружении рабочего органа в процессе перемешивания грунта. Как правило, для улучшения инъекции раствора может подаваться сжатый воздух. При подъеме рабочего органа раствор также инъецируется, при этом скорость подъема рабочего органа более высокая, чем при погружении. Пульпа, выходящая на поверхность, скапливается в траншее, после чего при необходимости вывозится на утилизацию. Как показывает практика, около 70 % всего раствора подается в фазе погружения рабочего органа.
Двухэтапная схема:рабочий процесс таков же, как и при одноэтапной схеме, однако в этом случае изливающаяся пульпа откачивается насосами из пульпоприемнои траншеи в сепаратор, где происходит разделение частиц грунта и раствора. Очищенный раствор заново отправляется в технологический цикл и используется для обработки грунта. Извлечение пульпы из траншеи также можно осуществлять с помощью грунтозаборного конвейера.
В зависимости от типа конструкции, получаемой по данной технологии, используются следующие значения технологических параметров:
• противофильтрационные завесы: расход цемента – 250-450 кг/м3, расход бентонита – 15-30 кг/м3, водоцементное отношение – 2,0-4,0;
• ограждающие конструкции – расход цемента – 750-1200 кг/м3, расход бентонита – 15-30 кг/м3, водоцементное отношение – 0,5-1,0.
Значения прочности грунтоцемента составляют 0,5-2,0 МПа для противофильтрационных завес и 5-15 МПа для ограждающих конструкций. Для контроля технологических параметров современные установки оборудованы бортовыми компьютерами, которые позволяют следить за всем технологическим процессом: скорость подъема/погружения рабочего органа, скорость вращения фрез, подача раствора и др.
Дата добавления: 2015-10-09; просмотров: 2225;