Производство тампонажных работ

Закрепление грунта инъекцией зак­лючается в нагнетании одного или двух растворов в грунт через систему инъекторов или специально пробуренные скважины. Тампонажный раствор, распространяясь в грунте, заполняет поры и, соприкасаясь с поверхностью частиц, вступает с ними в химическую реакцию. При этом каждая из частиц грунта покры­вается слоем цементирующего вещества, в результате чего близ­лежащие частицы скрепляются друг с другом, образуя жесткий «скелет», способный выдержать значительно большую нагрузку, чем незакрепленный грунт.

При этом необходимо учитывать:

1. с увеличением вязкости инъецируемых растворов и давления, под которым производится нагнетание, на распространение растворов в грунте все большее влияние оказывает проницае­мость песчаных грунтов. Растворы стремятся найти разрых­ленную зону, устремляются в нее и, играя роль клина, раска­лывают грунт. При этом растворы способны продвигаться по создаваемым им ходам на достаточно большие расстояния. Явления разрыва сплошности грунта жидкими растворами и проникновения их по трещинам и ходам проявляются тем резче, чем меньше крупность частиц и влажность грунта;

2. при нагнетании растворов в неоднородные грунты происхо­дит их неравномерное проникновение в различные по водо­проницаемости слои. Степень неравномерности проникнове­ния жидкости в различные слои зависит от их коэффициен­тов фильтрации;

3. характер распространения нагнетаемых в грунт растворов определяет форму и степень однородности массива, получае­мого в результате закрепления.

Форма закрепления грунта зависит от инженерно-геологи­ческого строения основания. В однородных грунтах фигуры, по­лучаемые при нагнетании тампоиажных растворов через перфо­рированный инъектор, имеют форму эллипсоида вращения. Это объясняется тем, что нагнетаемый раствор распространяется от перфорированной части инъектора не только в радиальном на­правлении, но и вертикально вверх и вниз от ее верхнего и нижнего концов.

Рис. 2.18. Схема инъекционного закрепления грунтов: а - для одиночной заходки; б- для сплошного массива: 1 - расчетный массив закрепленного грунта от одной заходки; 2 - действительный массив закрепленного фунта от одной заходки для однородной среды; 3 - инъекторы; 4 - перфориро­ванная часть инъектора; 5 - сплошной массив закрепленного грунта

Таблица 2.10. Радиусы закрепления при силикатизации и смолизации грунтов

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 0,8-1,0
Силикатизация однорастворная двухкомпонентная	Пески разной крупности	0,5-1,0 1-2 2-5	0,4-0,6 0,6-0,8 0,8-1,0
Газовая силикатизация	Пески разной крупности	0,5-1,0 1-5 5-20	0,3-0,5 0,5-0,8 0,8-1,0
Силикатизация однорастворная од покомпонентная	Просадочный лесовый 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 однокомпонентная	Пески разной крупности	0,5-1 1-5 5-10 10-20 20-50	0,3-0,5 0,5-0,65 0,65-0,85 0,85-0,95 0,95-1,0

На основании геометрических параметров закрепления, опре­деленных по вышеприведенным формулам, и заданной проектом конструктивной схемы закрепления, форм и размеров закрепля­емого грунтового массива производится пространственное раз­мещение инъекторов в плане и заходок по глубине.

Нагнетание растворов в однородные по водопроницаемости грунты производится снизу вверх или сверху вниз. В неоднород­ных по водопроницаемости грунтах в первую очередь закрепля­ют слои грунта с большей водопроницаемостью.

Расположение инъекторов и конфигурации массивов при инъекционном закреплении грунтов в основании зданий и соору­жений для защиты от осадок фундаментов, расположенных вбли­зи строящихся подземных объектов, приводятся на рис. 2.19.

Рис. 2.19. Примеры использования инъекционных методов при строительстве городских подземных сооружений и закреплении грунтов осно­вания зданий

При двухрастворной силикатизации раствор хлористого каль­ция необходимо нагнетать как можно скорее после раствора сили­ката натрия. Допустимые временные перерывы составляют: при скорости грунтовых вод 0 м/сут — 24 ч; 0,5 м/сут — 6 ч; 1,5 м/сут — 2 ч; 3 м/сут —1ч. Инъецирование производится через два насо­са — каждый раствор своим насосом. Не допускается смешение растворов в баках и шлангах. Использовать оборудование, кото­рым инъецировался один раствор, для нагнетания второго мож­но только после его тщательной промывки горячей водой.

При газовой силикатизации перерыв между нагнетанием ра­створа и газа не должен превышать 0,5-1 ч, а газа и раствора — 0,5 ч. Возможно одновременное нагнетание газа и раствора сразу в нескольких заходках при условии, что расстояние между инъекторами должно быть не меньше 6r.

Для установления радиуса и предельного нагнетания в конк­ретных инженерно-геологических условиях проводят пробные закачки в грунт. Само нагнетание ведется при давлениях, мень­ших предельного, во избежание разрывов закрепляемого грунта м прорывов растворов на поверхность или за пределы закрепляе­мого массива. Давление нагнетания не должно превышать: при двухрастворной силикатизации — 1,5 МПа, при однорастворной силикатизации и смолизации песчаных грунтов — 1,0 МПа, про-садочных грунтов — 0,5 МПа.

Если при нагнетании гелеобразующий раствор прорывается на поверхность, то это обычно бывает связано с превышением предельного давления или попаданием раствора в разрыхленную зону или пустоту. В этом случае нагнетание необходимо прекра­тить и затампонировать обнаруженные разрыхленные зоны, пус­тоты и прорывы цементными или цементно-глинистыми раство­рами. Давление нагнетания необходимо снижать медленно во избежание забивки инъектора грунтом.

Прорыв гелеобразующего раствора на поверхность можно предотвратить, если выполнить пригрузку закрепляемой облас­ти. При усилении фундаментов существующих зданий роль при-грузки играет само сооружение и залегающие над закрепляемой областью грунты. В остальных случаях с этой целью могут быть использованы специально уложенные бетонные плиты, подбира­емые таким образом, чтобы их вес и прочностные свойства пре­пятствовали прорыву растворов на поверхность.

Нагнетание растворов через каждую скважину производится до условного отказа, за который принимается:

а) поглощение скважиной расчетного количества раствора
при давлении нагнетания, не превышающем проектного;

б) снижение расхода раствора, нагнетаемого через скважину,
до 5-5-10 л/мин с одновременным повышением давления нагнета­ния выше проектного.

При выполнении тампонажных работ необходимо учитывать нижеследующее.

1. Закрепление грунтов всеми способами, кроме термического, выполняется только при положительной температуре грунта. Термическое закрепление всех видов грунтов, кроме многолетнемерзлых, возможно и при отрицательных температурах грунта.

2. При закреплении грунтов в условиях плотной городской зас­тройки нельзя допускать засорения отвердевшими реагента­ми и повреждения расположенных поблизости инженерных коммуникаций (коллекторов, кабельных и телефонных кана­лов, дренажей и пр.).

3. Все работы по инъекционному закреплению грунтов должны быть закончены до устройства дренажа.

4. Все инъекционные скважины после их использования по на­значению обязательно должны быть ликвидированы путем их заполнения цементным раствором.

Производство тампонажных работ всеми способами включа­ет в себя следующие последовательно выполняемые операции:

-подготовительные и вспомогательные работы, включая при­готовление тампонажных растворов;

-погружение в грунт инъекторов путем их забивки или уста­новки в предварительно пробуренные скважины, а также обо­рудование инъекционных скважин;

-нагнетание тампонажного раствора в грунт;

-извлечение инъекторов и ликвидация инъекционных скважин;

-контроль качества закрепления.

Для выполнения комплекса тампонажных работ используют следующее оборудование: погружаемые в грунт или забуривае­мые инъекторы, оборудование для приготовления и нагнетания раствора, разводящую сеть, контрольно-измерительную и запор­ную аппаратуру, вспомогательное оборудование.

Для приготовления тампонажного раствора устраивают растворосмесительные узлы.

Комплекс оборудования для ведения цементационных работ показан на рис. 2.20.

Рис. 2.20. Комплекс оборудования для цементационных работ: 1 — само­ходная буровая установка; 2 — универсальная цементационная головка; 3 — цементационный агрегат; 4 — емкость для раствора; 5 — смеситель­ная машина

/

Рис. 2.21. Комплекс оборудования для нагнетания глиноцементных ра­створов: 1 — бункер-накопитель; 2 — насос; 3 — смесительная машина; 4 — емкость для жидкого стекла; 5 — насос; 6 — емкость для глиноцемен-тного раствора; 7 — цементационный агрегат

Глиноцементные растворы готовят непосредственно перед нагнетанием (рис. 2.21). Исходный глинистый раствор из бункера-накопителя 1 насосом 2 подается в гидромешалку цементо-смесительной машины 3, куда вводится цемент. Глиноцементный раствор сливается в емкость 6, из которой высасывается насосом цементационного агрегата 7. Жидкое стекло вводится в смесь глиноцементного раствора насосом 5 из емкости 4 непосред­ственно в коллектор насоса цементационного агрегата.

Химические растворы рабочих концентраций готовят путем разведения исходных растворов чистой водой до проектной плот­ности.

При приготовлении тамионажных, в особенности химичес­ких, растворов необходимо строго следить за соблюдением дози­ровки и плотности компонентов. Только в этом случае можно до­биться максимального эффекта от закрепления. С этой целью наиболее часто используются растворомешалки РМ и СБ, а так­же установки производства германской фирмы «Бауэр».

Конструкция инъектора и механизма для его погружения за­висит от инженерно-геологических условий площадки производ­ства работ и мощности зоны закрепления.

Для закрепления грунта на глубину до 10 м применяется инъектор, состоящий из наголовника, колонн глухих звеньев труб, перфорированного звена, наконечника и соединительных частей. Для уменьшения уплотнения грунта и облегчения введения ра­створов в грунт перфорированное звено изготавливается мень­шим диаметром, чем глухие звенья. Забивка инъектора в грунт может осуществляться отбойными молотками. При забивке наго­ловник временно устанавливают без деталей, предназначенных для подачи раствора, которые монтируются после погружения инъектора.

К работам по забивке инъекторов предъявляют следующие требования:

-инъектор должен быть забит строго в указанном в проекте направлении и с точностью угла наклона 2—3°;

-забивка должна быть произведена на заданную глубину за максимально короткий срок;

-при забивке оборудование не должно подвергаться сильному износу.

Погружение инъекторов на глубину 10-15 м осуществляют пневмоударниками или пневматическими молотками, например бурильными станками с пневмоударником СБУ-100 или станком НКР-100М, смонтированным на ходовой тележке СБУ-2 или КБУ-50. Инъекторы изготавливаются из металлических труб диаметром 58+62 мм. Перфорированная часть инъектора имеет длину 0,5—1,0 м.

При закреплении грунта на глубину более 15 м используется погружение инъекторов в предварительно пробуренные скважи­ны того же диаметра. Скважина бурится на глубину первой заходки. Затем раствор нагнетается в грунт. После нагнетания в первую заходку инъектор погружается в следующую заходку и далее цикл повторяется на всю глубину закрепления.

Закрепление грунта на большую глубину (до 120 м) прово­дится через манжетные инъекторы, опускаемые в предваритель­но пробуренные скважины диаметром 120—150 мм. Скважина бурится под глинистым раствором на всю глубину зоны закреп­ления, в нее погружается труба с резиновыми манжетами, закры­вающими ее отверстия. После этого производится нагнетание закрепляющего раствора.

Применяемые буровые установки должны обеспечивать:

• заданное направление скважин;

• высокую скорость бурения при минимальной стоимости ра­бот;

• минимальное зашламовываиие трещин раздробленной поро­дой;

• ровную поверхность трещины для установки пакеров.
Обычно для бурения скважин диаметром 40—150 мм на глу­бину до 100 м используют самоходные и передвижные установки шнекового бурения.

Оборудование скважин зависит от способа закрепления, гид­рогеологических условий и схемы нагнетания раствора. При це­ментации скважина оборудуется кондуктором с цементационной головкой. Кондуктор предназначен для закрепления и гермети­зации устья скважины, обеспечения заданного направления при бурении, установки цементационной головки с запорной армату­рой и измерительными приборами.

Инъекторы для силикатизации и смолизации грунтов состо­ят из наголовника, колонны глухих звеньев труб и соединитель­ных частей.

Для газовой силикатизации применяется манжетный инъек­тор с тампоном, состоящий из наружной перфорированной и внутренней (передвижной) трубы с тампонами. Нижний конец инъектора выполнен в виде сопла с шариковым прижимным кла­паном. Внутренняя труба предназначается для подачи реагентов в закрепляемую зону.

Регулирующая сеть предназначена для подачи закрепляющих растворов в необходимом количестве и под требуемым давлением от насосной установки к работающим инъекторам.

В качестве проводящей системы используются металличес­кие трубопроводы диаметром 36—50 мм или толстостенные рези­новые шланги с внутренним диаметром, рассчитанным на давле­ние до 3 МПа.

Тампонирование обычно ведется в подготовительный период строительства и применяется при большой мощности водообильных пород, залегающих на достаточно небольшой глубине от по­верхности. Работы могут выполняться:

• на всю проектную глубину сразу — тампонаж одной заходкой;

• отдельными нисходящими заходками в направлении сверху вниз;

• отдельными восходящими заходками в направлении снизу вверх.

По окончании тампонажа и набора раствором необходимой прочности разбуривают несколько контрольных скважин и опре­деляют удельное водопоглощение массива. Если его величина не превышает 0,05 л/мин, то тампонирование считают успешным. При большем значении удельного водопоглощения тампонирова­ние повторяют до тех пор, пока не получат требуемой величины.

К строительным работам приступают после завершения там­понирования всей толщи водоносных пород и выдержки массива в течение 4—6 дней.

Дата добавления: 2014-12-23