Методология проведения работ по закреплению грунтов методом струйной цементации

Методология проведения работ по закреплению грунтов методом струйной цементации

Methodology for carrying out work on fixing soils by the method of jet grouting

Селезнев Константин Александрович

Технический директор ООО "РМС"

Ульяновский государственный технический университет в 2005 году, инженер

Россия, Москва 

ska.upravlenie@gmail.com

Аннотация. Научная статья представляет собой методологию по укреплению грунтов методом струйной цементации в части выполнения работ. Введение определяет цель методологии, аудиторию использования и содержит в себе информацию об увязке методологии с законодательством РФ. Рекомендуемая область применения содержит в себе информацию в каких случаях рекомендуется применять данную методологию. Раздел Ссылки на нормативные документы включает в себя перечень нормативных документов, на которые есть ссылки в методологии. Для правильности прочтения методологии и исключения неправильных трактовок добавлен раздел Используемые термины и определения. В разделе Общие положения указывается общая информация о производстве работ. Раздел Производство работ и контроль качества содержит основную информацию методологии, включая подразделы Основные положения по производству работ и контролю качества, Закрепление грунтов методом струйной цементации, Требования к составу и объему лабораторных и опытных работ на площадке, Охрана труда и мероприятия по охране окружающей среды. Раздел Геотехнический мониторинг описывает в каких случаях, в соответствии с какими нормативными документами выполняется мониторинг за работами. Заключение подчеркивает значимость результатов и предлагает направления для дальнейших исследований, такие как изучение новых материалов, разработка новых методов и анализ влияния условий. В заключении сделан вывод о важности метода струйной цементации, а также о необходимости дальнейших исследований для улучшения и развития этой технологии. В Библиографии указывается список использованной литературы.

Представленная статья является ценным ресурсом для инженеров и специалистов, интересующихся укреплением грунта в строительстве.

Ключевые слова: струйная цементация, грунтовые работы, Jet grouting, укрепление грунта, цементные составы, принцип работы, грунтобетонные элементы, грунтоцементные сваи.

Abstract. The scientific article is a methodology for strengthening soils by the method of jet grouting in terms of performing work. The introduction defines the purpose of the methodology, the audience of use, and contains information on linking the methodology with the legislation of the Russian Federation. The recommended scope contains information in which cases it is recommended to apply this methodology. The References to normative documents section includes a list of normative documents that are referenced in the methodology. For the correct reading of the methodology and the elimination of misinterpretations, the section Used terms and definitions has been added. In the General Provisions section, general information about the performance of work is indicated. The Work performance and quality control section contains the basic information of the methodology, including subsections Basic provisions for work performance and quality control, Soil stabilization by jet grouting, Requirements for the composition and scope of laboratory and experimental work on the site, Labor protection and environmental protection measures. The section Geotechnical monitoring describes in what cases, in accordance with what regulatory documents, monitoring of works is carried out. The Bibliography contains a list of used literature.

This article is a valuable resource for engineers and professionals interested in soil stabilization in construction.

Keywords: jet grouting, soil works, Jet grouting, soil stabilization, cement compositions, principle of operation, soil concrete elements, soil cement piles.

Введение

Цель методологии: рекомендуемое описание процесса по укреплению грунтов методом струйной цементации в части выполнения работ.

Методология разработана для рекомендации специалистам строительных организаций с целью повышения качества работ и безопасности при эксплуатации объектов капитального строительства, внедрения передовых технологий укрепления оснований и методов контроля, а также для снижения рисков возникновения аварийных ситуаций.

Все положения методологии увязаны с требованиями законодательства РФ, действующего на момент разработки (СП 22.13330.2016 «СНиП 2.02-01-83* Основания зданий и сооружений», СП 45.13330.2017 «СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты», СП 116.13330.2012 «СНиП 22-02-2003 Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения», СП 291.1325800.2017 «Конструкции грунтоцементные армированные. Правила проектирования», СП 361.1325800.2017 «Здания и сооружения. Защитные мероприятия в зоне влияния строительства подземных объектов»).

1.   Рекомендуемая область применения

1.1.                   Рекомендации методологии распространяются на производство и контроль работ для закрепления грунтов при строительстве, реконструкции и ремонте объектов капитального строительства, работах по инженерной защите территорий от природных и техногенных процессов и иных геотехнических работах в грунтах.

1.2.                   Рекомендации методологии распространяются на струйную цементацию грунтов в рамках укрепления грунтов.

1.3.                   Рекомендации методологии устанавливают основные положения по производству работ:

- при устройстве искусственных оснований из закрепленного грунта в виде сплошных массивов или отдельных элементов;

- при выполнении защитных мероприятий;

- при выполнении ограждающих конструкций;

- при укреплении грунтов над карстующимися породами и под фундаментами путем армирования и создания массива из закрепленного грунта или повышение его жесткости за счет изменения напряженно-деформированного состояния;

1.4.                   Рекомендации методологии не распространяются на укрепление грунтов с показателями качества (в том числе, технологическими параметрами), отличающимися от граничных значений, приведенных в методологии, в том, числе тоннелей глубокого заложения, для которых требуется применение давления разрыва обоймы или инъекции, превышающей 10 МПа.

Также рекомендации методологии не распространяются на укрепление грунтов для гидротехнических тоннелей и сооружений.

2.   Ссылки на нормативные документы

В методологии приведены ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ 10180–2012 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам

ГОСТ 19912–2012 Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием

ГОСТ 20276.1–2020 Метод испытания штампом

ГОСТ 25100–2011 Грунты. Классификация

ГОСТ 30108–94 Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов

СП 22.13330.2016 «СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений» (с изменениями № 1, № 2, № 3)

СП 28.13330.2017 «СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии» (с изменениями № 1, № 2)

СП 45.13330.2017 «СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты» (с изменениями № 1, № 2)

СП 48.13330.2019 «СНиП 12-01-2004 Организация строительства»

СП 291.1325800.2017 Конструкции грунтоцементные армированные. Правила проектирования

СП 305.1325800.2017 Здания и сооружения. Правила проведения геотехнического мониторинга при строительстве

СП 473.1325800.2019 Здания, сооружения и комплексы подземные. Правила градостроительного проектирования

3.   Используемые термины и определения

3.1.         Активная зона: Зона в основании сооружения, расположенная в пределах сжимаемой толщи.

3.2.         Водоупор или водоупорный слой грунта: Маловодопроницаемый слой грунта, фильтрацией подземных вод через который можно пренебречь.

3.3.         Геотехническая конструкция: Элемент, массив, искусственное основание, созданные в геотехнической среде с применением различных методов строительства, в том числе, методов закрепления грунтов.

3.4.         Геотехнический мониторинг: Комплекс работ, основанный на натурных наблюдениях за поведением конструкций вновь возводимого или реконструируемого сооружения, его основания, в т.ч. грунтового массива, окружающего (вмещающего) сооружение, и конструкций сооружений окружающей застройки.

3.5.         Геотехническая среда: Среда взаимодействия объектов подземного пространства, геологической среды и окружающей застройки, являющихся ее компонентами.

3.6.         Гидроразрыв грунта: Образование трещин в массиве грунта при инъекции растворов под давлением, превышающим напряжения в грунте в точке инъекции.

3.7.         Грунтоцементные конструкции: Конструкции в грунте, состоящие из грунтоцементных элементов или из массивов, отдельных объемов грунта, закрепленного методом манжетной инъекции в режиме гидроразрыва.

3.8.         Грунтоцементный элемент: Массив /объем грунта, закрепленный цементным вяжущим методами струйной цементации, глубинного перемешивания и инъекцией микроцементов.

3.9.         Длина скважины: Расстояние от устья до забоя по оси скважины.

3.10.     Закрепление грунта: Улучшение механических и физических свойств грунта путем введения в грунт твердеющих растворов в режиме пропитки или перемешивания.

3.11.     Зона инъекции: Ограниченный интервал в скважине, через который производится нагнетание раствора (воды) в грунт.

3.12.     Карстово-суффозионный процесс: Взаимосвязанное развитие карстового процесса и суффозия грунта в растворимой породе.

3.13.     Манжетная инъекция: Способ инъекции раствора в грунт через скважины, оборудованные манжетными колоннами или инъекторами, позволяющий неоднократно и в любой последовательности обрабатывать зоны (интервалы) в массиве грунта.

3.14.     Манжетная колонна: Труба с отверстиями, расположенными через 0,33 или 0,5 м, защищенными обратными клапанами для выполнения инъекции твердеющего раствора в грунт.

3.15.     Материалы инженерных изысканий: Фактические данные, полученные в процессе выполнения инженерных изысканий, представленных в виде отчетной технической документации.

3.16.     Нормируемые показатели качества: Устанавливаемые нормативными документами значения.

3.17.     Нормируемые показатели: Показатели свойств растворов и смесей, назначаемые проектом в соответствии с нормами проектирования и требованиями нормативных документов.

3.18.     Объект проектирования: Здание, подземное сооружение, в том числе, инженерные коммуникации, защитные мероприятия от влияния природных и техногенных процессов, иные геотехнические работы в грунтах, приводящие к изменению геологической и геотехнической среды.

3.19.     Отказ при нагнетании: Снижение расхода раствора до минимально допустимой величины при заданном давлении (давлении отказа).

3.20.     Инъекционный раствор (суспензия): Смесь воды и компонентов из твердых частиц (цемент, глина, зола-уноса, молотый песок) и/или химических добавок, применяемая для закрепления грунтов.

3.21.     Суффозия: Разрушение и вынос потоком подземных вод отдельных компонентов и крупных масс дисперсных и сцементированных обломочных пород, в том числе слагающих структурные элементы грунтового массива.

3.22.     Тампон (пакер): Устройство для нагнетания раствора в грунт, снабженное эластичными уплотнителями для отделения зоны инъекции от остального пространства манжетной колонны.

3.23.     Тампонаж: Заполнение пустот и трещин твердеющим инъекционным раствором.

3.24.     Тампонажный раствор: Твердеющий водный раствор вяжущего, применяемый для закрепления несвязных грунтов, уплотнения пустот и трещиноватых пород.

3.25.     Укрепление/усиление грунта: Улучшение физико-механических характеристик грунта закреплением, уплотнением, армированием с изменением НДС массива грунта.

3.26.     Условные границы закрепления: Линия, плоскость, поверхность между закрепленным грунтом с нормируемым показателем и незакрепленным грунтом или закрепленным грунтом с показателем качества ниже нормируемых значений.

3.27.     Условный/приведенный радиус закрепления: Минимальное расстояние от оси скважины/инъектора до незакрепленного участка грунта для всех способов закрепления, для глубинного перемешивания – 0,5 диаметра буросмесителя.

3.28.     Цементация грунтов: Изменение физико-механических характеристик грунтов с помощью цементных растворов, нагнетаемых в грунт по технологиям: инъекционная, струйная, глубинное перемешивание, манжетная инъекция в режиме гидроразрыва.

3.29.     Элемент закрепленного грунта: Массив грунта с измененными физико-механическими характеристиками в результате закрепления и имеющий условные границы закрепления в плане и по глубине.

4.   Общие положения

4.1.         Положения настоящей методологии основаны на соблюдении при производстве работ требований нормативных документов.

4.2.         При производстве работ следует учитывать влияние работ на объект и объекты окружающей застройки в зоне влияния, включая «технологические» осадки – осадки, возникающие при производстве работ и длящиеся до окончания времени набора прочности закрепленным грунтом/элементом закрепленного грунта, цементным раствором, соответствующей нормируемым показателям качества, установленным проектом.

4.3.         Производство работ должно выполняться в соответствии с требованиями технологического регламента, разработанного в составе раздела ПОР (проект организации работ),

4.4.         Применяемые при закреплении материалы должны удовлетворять требованиям соответствующих национальных нормативных документов. При отсутствии соответствующих нормативных документов на микроцемент или добавки их применение допускается при наличии на материал стандарта организации, внесенного в государственный реестр СТО.

4.5.         При производстве работ следует предусматривать геотехнический мониторинг объекта и окружающей застройки в зоне влияния на период строительства и определенный проектом период эксплуатации в соответствии с требованиями раздела 6.

5.   Производство работ и контроль качества

5.1 Основные положения по производству работ и контролю качества

5.1.1 Работы по укреплению грунтов должны выполняться в соответствии с требованиями нормативных документов и положений настоящей методологии.

5.1.2 Производство работ по укреплению грунтов должно выполняться на основании разработанного и утвержденного проектной организацией, ведущей авторский надзор и сопровождение строительства, проекта производства работ (ППР).

ППР должен разрабатываться в соответствии с СП 48.13330.2019 в полном объеме и содержать:

- титульный лист;

- лист ознакомления ответственного персонала с положениями ППР;

- календарный план или график производства работ по объекту;

- строительный генеральный план на работы по укреплению грунтов, совмещенный (при необходимости) с общим строительным генеральным планом строительства с указанием очередей, захваток, участков опытных и контрольных работ;

- график поступления на объект материалов и оборудования;

- график движения трудовых ресурсов по объекту;

- график движения основных строительных машин по объекту;

- технологические карты на выполнение работ (приложение А СП 48.13330.2019);

- схемы размещения геодезических знаков;

- схемы расположения складов материалов, смесительных узлов и временных трубопроводов;

- пояснительную записку, содержащую: решения по производству подготовительных, опытных, основных и контрольных работ; решения по прокладке временных сетей водо-, тепло-, энергоснабжения и освещения строительной площадки и рабочих мест; обоснования и мероприятия по применению мобильных форм организации работ, режимов труда и отдыха; решения по производству работ, включая зимнее время; потребность в энергоресурсах; потребность и привязка городков строителей и мобильных (инвентарных) зданий; мероприятия по обеспечению сохранности материалов, изделий, конструкций и оборудования на строительной площадке; природоохранные мероприятия; мероприятия по охране труда и безопасности в строительстве; технико-экономические показатели.

Дополнительно ППР должен включать:

- регламент проведения опытно-производственных работ;

- требования к работам по инъекции основного периода;

- контрольные работы по оценке качества закрепления;

- характеристики применяемого оборудования для обеспечения заданных проектом нормируемых показателей качества, сроков и объемов работ.

Работы по укреплению грунтов выполняются при техническом сопровождении и авторском надзоре проектной организации в рамках наблюдательного метода проектирования.

5.1.3 Контроль качества проводят в соответствии с требованиями СП 45.13330.2017, СП 48.13330.2019.

Работы по контролю качества должны включать:

а) входной контроль поступающих материалов – проверка соответствия их нормативным документам, проверка соблюдения требований их хранения;

б) оперативный контроль – разметка скважин, их расположение в плане, диаметр и глубина, отклонение от оси, нормируемые показатели технологического регламента приготовления раствора и инъекции;

г) оперативный и приемочный контроль нормируемых показателей качества закрепленного грунта.

5.1.4 Качество укрепленных грунтов рекомендуется оценивать по следующим контролируемым показателям:

- однородность закрепления по показателю качества – по интегральному значению прочности на одноосное сжатие для каждого метра закрепления по глубине;

- однородность закрепления по отсутствию незакрепленных участков в плане и по глубине;

- формы и размеры элемента закрепленного грунта/массива из элементов закрепленного грунта на соответствие требуемым показателям качества, прочностные и противофильтрационные характеристики закрепленных грунтов должны соответствовать нормативным документам и требованиям проекта;

5.1.5 Рекомендуемый основной обязательный метод контроля качества – контроль по образцам, отобранным из контрольных шурфов или при бурении контрольных скважин.

5.1.6 Количество контрольных скважин рекомендуется делать не менее двух на каждые 100 элементов закрепленного грунта, расположенных в одинаковых грунтовых условиях и не менее 10 на объект. Места контрольных скважин указываются в проекте и могут уточняться в процессе работ в рамках авторского надзора и/или технического сопровождения.

5.1.7 Контрольные работы по оценке качества искусственного основания или отдельных элементов могут включать испытания штампами, если это предусмотрено проектом.

5.1.8 Контроль качества искусственных оснований может выполняться геофизическими методами исследования в соответствии с рекомендациями. Объемы работ по контролю назначаются проектом, но должны охватывать не менее 10 % общего объема закрепления грунтов. Для использования методов геофизического контроля проектом должна быть предусмотрена установка на этапе производства работ труб (скважинные методы контроля) и армирующих элементов в контрольных точках (метод УЗК).

Схемы расположения контрольных скважин и полевых исследований грунтов штампами и зондированием для рассматриваемых методов приведены на рисунках 1-4.

Условные обозначения:

СК – скважина контроля закрепленного грунта; СКГ – скважина контроля грунта с измененными, в результате устройства элементов закрепленного грунта, свойствами

Рисунок 1 - Контроль в массиве грунта, закрепленного струйной цементацией

Figure 1 - Control in a mass of soil fixed by jet grouting

Условные обозначения:

СК – скважина контроля закрепленного грунта

Рисунок 2 - Сечение по массиву грунта, закрепленного струйной цементацией

Figure 2 - Cross-section of the soil mass fixed by jet grouting

Условные обозначения:

СК – скважина контроля закрепленного грунта

Рисунок 3 - Отбор контрольных образцов в пределах одного элемента массива

Figure 3 - Selection of control samples within one array element

Условные обозначения:

СК – скважина контроля закрепленного грунта; СКГ – скважина контроля грунта с измененными, в результате устройства элементов закрепленного грунта, свойствами

Рисунок 4 - Схема контроля штампом и зондированием

Figure 4 - Stamp and probing control scheme

Метод испытания штампом описан в ГОСТ 20276.1-2020 «Метод испытания штампом».

Метод испытания зондированием описан в ГОСТ 19912-2012 «Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием».

5.1.9. При работах по укреплению грунтов всеми методами для существующих зданий и сооружений или находящихся в зоне влияния геотехнических работ (в том числе, факторов технологического воздействия) следует в обязательном порядке предусматривать геотехнический мониторинг, включающий геодезические наблюдения и мониторинг технического состояния сооружений и подземных инженерных сетей.

5.2 Закрепление грунтов методом струйной цементации

5.2.1 Методом струйной цементации закрепляют любые грунты различной степени водонасыщения (для песков) и консистенции (для связных грунтов) – супесчаные, суглинистые и глинистые, получая требуемые показатели закрепления:

а) прочность, модуль деформации, другие прочностные и деформационные характеристики;

б) водонепроницаемость;

в) однородность закрепления в плане и по глубине;

г) расчетные границы закрепления с условным радиусом в плане и по глубине.

При этом для закрепления грунтов в зависимости от метода используются различные материалы, растворы. Растворы классифицируются в зависимости от размера частиц и представлены следующими типами:

И – инъекционные растворы на цементах с удельной поверхностью от 3000 до 5000 см2/г – цементы общестроительного назначения;

ИТД – инъекционные растворы на тонкодисперсном вяжущем – на цементах с удельной поверхностью от 5000 до 8000 см2/г;

ИОТДВ – инъекционные растворы на особо–тонкодисперсном вяжущем – на цементах с удельной поверхностью от 8000 до 20000 см2/г.

5.2.2. Струйную цементацию грунтов рекомендуется выполнять с использованием растворов типа И на основе цемента. Значения базовых показателей раствора типа И на основе цемента приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Значения базовых показателей раствора типа И на основе цемента

Table 1 - Values ​​of the basic indicators of mortar type I based on cement

Таблица 2 - Значения базовых показателей затвердевшего раствора

Table 2 - Values ​​of the base indicators of the hardened mortar

5.2.3 Струйную цементацию грунтов рекомендуется выполнять в следующей последовательности (в случае выполнения работ в существующем здании):

а) разметка места бурения скважины и бурение лидерной скважины до отметки низа фундамента

Рисунок 5 - Бурение лидерной скважины

Figure 5 - Drilling a leader well

бурение ведется внутри зданий из нижних частей зданий. Способ бурения – колонковый с промывкой водой;

б) бурение технологической скважины без обсадки на проектную глубину, превышающую, как правило, на 1 м отметку низа элемента закрепленного грунта

Рисунок 6 - Бурение технологической скважины

Figure 6 - Drilling a technological well

Способ бурения – колонковый с промывкой водой под давлением до 50 ат;

в) размыв грунта давлением до 700 ат с формированием ГЦЭ (грунтоцементного элемента) в проектных границах с условным радиусом по мере перемещения (вверх/вниз) монитора с вращением инструмента за счет перемешивания грунтового шлама с цементным раствором.

Рисунок 7 - Размыв грунта с формированием ГЦЭ

Figure 7 - Soil erosion with the formation of a soil-cement element

г) опрессовка головы ГЦЭ. Для этого установить пакер в скважине в уровне подошвы фундаментной плиты.

Рисунок 8 - Опрессовка головы ГЦЭ

Figure 8 - Crimping the head of the soil-cement element

5.2.4 Закрепление грунтов методом струйной цементации, в зависимости от грунтовых условий, а также требуемой прочности, фильтрационных и иных требуемых свойств создаваемой грунтоцементной конструкции и ее назначения, производят по одной из следующих технологий:

а) однокомпонентная (jet-1): размыв грунта производится струей цементного раствора под давлением до 700 ат. Технология наиболее простая в исполнении, достигается наибольшая плотность и прочность грунтобетона. Расход цемента составляет 350-400 кг на метр закрепления. Диаметр грунтобетонных элементов в глинистых грунтах составляет 400-650 мм, в песчаных грунтах – 400-1000 мм.;

Рисунок 9 - Однокомпонентная технология (jet-1)

Figure 9 - Single component technology (jet-1)

б) двухкомпонентная (jet-2): для увеличения условного радиуса закрепления дополнительно используется энергия сжатого воздуха (давлением до 12 ат), создающего искусственный воздушный поток вокруг струи раствора (давлением до 700 ат). Расход цемента составляет 650-800 кг на метр закрепления. Плотность и прочность грунтобетона ниже на 10 - 15%, чем по технологии (Jet1), диаметр грунтоцементных элементов больше и достигает в глинистых грунтах 600-1200 мм, в песках 800-1800 мм;

Рисунок 10 - Двухкомпонентная технология (jet-2)

Figure 10 - Two-component technology (jet-2)

в) трехкомпонентная (jet-3): разрушение грунта производится водной струей (давлением до 700 ат) в искусственном воздушном потоке (давлением до 12 ат), а цементный раствор подается в виде отдельной струи (давлением до 700 ат). Расход цемента составляет до 2000 кг на метр закрепления. Плотность и прочность грунтобетона ниже на 10 - 20%, чем по технологии (Jet1), диаметр грунтоцементных элементов больше и достигает в глинистых грунтах 800-1500 мм, в песках 1200-2500 мм

Рисунок 11 - Трехкомпонентная технология (jet-3)

Figure 11 - Three-component technology (jet-3)

5.2.5 Для закрепления грунтов по струйной технологии применяют раствор типа И, на основе цемента, с В/Ц 0,6 – 1,2 с добавками и без. Растворы с В/Ц < 0,6 не рекомендуется применять из-за высокой вязкости раствора для подачи по трубопроводам небольшого диаметра, а также быстрого износа сопел монитора абразивными частицами цемента. Растворы с В/Ц > 1 применяют при невозможности или нецелесообразности применения трехкомпонентной технологии, но при необходимости дополнительного количества воды для разрушения и перемешивания грунтоцементной пульпы при формировании ГЦЭ. Значения характеристик грунтоцемента снижаются на 10 % – 20 % от приведенных в данном разделе.

5.2.6 На этапе разработки проектной рабочей документации назначаются расчетные параметры – нормативные показатели инъекции, включая номинальный состав раствора.

Первый этап работ на площадке – работы на опытных участках, требования к которым определены ниже.

Требования к составу и объему лабораторных и опытных работ на площадке

5.2.6.1. Лабораторные работы должны предусматриваться (выполняться в период проектирования) в обязательном порядке при укреплении грунтов всеми методами, в случае наличия органических включений более 10%, агрессивных к растворам на основе цемента грунтов и подземных вод.

5.2.6.2. Объемы лабораторных работ должны включать, в соответствии с настоящим пособием, требуемое:

- количество опытных образцов растворов, закрепленных грунтов, но не менее пяти образцов для каждого вида грунта и раствора;

- количество циклов испытания образцов грунта (песка) нарушенной структуры на проницаемость растворами на основе микроцемента (растворы типа ИОТДВ), но не менее трех для каждого типа грунта и состава раствора;

- количество испытаний на коррозионную устойчивость закрепленного грунта, но не менее трех;

- количество образцов испытаний на закрепляемость грунта с органическими включениями, но не менее трех.

5.2.6.3. Лабораторные исследования выполняются в соответствии с требованиями нормативных документов (соответствующих сводов правил и стандартов) и настоящим пособием.

5.2.6.4. Опытные работы по закреплению грунтов выполняются в объеме и по регламенту, предусмотренному нормативными документами и следующими положениями:

- опытные работы по закреплению грунтов всеми методами выполняются в период проектно-изыскательских работ для объектов повышенного уровня ответственности класса КС-3, объектов 3-й геотехнической категории и в иных случаях, если это предусмотрено проектом;

- опытные работы выполняются в подготовительный период строительства до начала основных работ для объектов любого уровня ответственности и геотехнической категории;

- опытные участки и объемы работ указываются в проекте, но должны составлять не менее 5 % общего объема закрепления;

- опытные участки должны проектироваться в местах изменений грунтовых условий, наличия «переслаивания» грунтов разных типов, изменения нагрузочного эффекта на основание;

- при работах на опытных участках предусматриваются в полном объеме все виды контроля по проекту;

- результат опытных работ – технологический регламент работ с указанием рабочих параметров, обеспечивающих нормируемые показатели качества укрепления;

- опытные работы могут быть предусмотрены в границах участка производства работ, если они не окажут влияния на существующие объекты, располагающиеся в зоне влияния работ, но должны выполняться в таких же грунтовых условиях и не далее 10 м от объекта;

- укрепленные на опытных участках грунты могут быть использованы в качестве элементов закрепления, если они удовлетворяют требованиям проекта.

В процессе проведения опытных работ выполняют контроль геометрических параметров закрепленного грунта, качества (прочность и однородность) закрепленного грунта, их соответствие проектным требованиям. По результатам работ на опытных участках определяются рабочие параметры цементации.

5.2.7 По результатам опытно-производственных работ, при необходимости, выполняется корректировка РД, а участок грунтоцементных элементов, выполненный в процессе опытно-производственных работ при его соответствии проектным требованиям, может быть использован в качестве элемента геотехнической конструкции.

5.2.8 При работах на опытных участках рекомендуется придерживаться следующих дополнительных положений:

- расход цемента, оптимальный для устройства грунтоцементных элементов диаметром от 0,6 до 1,2 м, – 350–500 кг/пог. м;

- скорость подъема монитора варьируется в зависимости от вида и свойств грунта в пределах 0,25–0,5 м/мин с частотой вращения от 10 до 30 об/мин;

- давление подачи цементного раствора в зависимости от вида и характеристик грунта от 10 до 70 МПа при расходе от 60 до 250 л/мин, давление сжатого воздуха для jet-2 и jet-3 – не менее 0,8 МПа;

- размыв глинистых грунтов производят при пониженной скорости подъема монитора до 0,25 м/мин и повышенных оборотах монитора до 30 об/мин при максимальном давлении струи;

- размыв песчаных грунтов производят при пониженном до 10 МПа давлении и повышенном до 250 л/мин расходе, и повышенной скорости подъема монитора до 0,5 м/мин, а также при небольших оборотах монитора до 10 об/мин.

5.2.9 Машины и механизмы включают комплекс по приготовлению инъекционного раствора с насосом высокого давления для подачи раствора к точке инъекции и буровой агрегат.

5.2.10 Контроль качества следует проводить в соответствии с СП 45.13330, [23], СП 48.13330, [24], подразделом 5.1 и настоящим подразделом. Работы по контролю качества и соответствия нормируемых показателей качества фактическим данным должны включать:

а) входной контроль;

б) оперативный контроль;

в) приемочный контроль.

Качество закрепленных методом струйной цементации грунтов рекомендуется оценивать по следующим нормируемым показателям:

- однородности закрепления по интегральному показателю качества прочности (отклонение от проектных требований в сторону меньших значений не более 10 %);

- однородности закрепления, по отсутствию незакрепленных участков в плане и по глубине (назначается проектом, но не более 20 % на контролируемый участок – 1 м, один элемент);

- форма и размер ГЦЭ/массива из грунтоцементных элементов с требуемым показателем качества (назначаются проектом, но не более предельных отклонений в сторону уменьшения измеряемых величин более 10 %);

- изменение значений характеристик грунта между ГЦЭ в сторону ухудшения (назначаются проектом, но не более предельных отклонений в сторону уменьшения измеряемых величин более 10 %).

5.2.11 Обязательный вид работ по контролю качества – контроль по образцам, отобранным из контрольных шурфов или контрольных скважин.

5.2.12 Количество и расположение ГЦЭ для контроля назначается проектной организацией, но рекомендуемое значение не менее двух на каждые 100 элементов, расположенных в одинаковых грунтовых условиях и не менее 10 на объект. Рекомендуемая схема контрольных скважин и шурфов показана на рисунке 5.1.

5.2.13 Контрольные работы по оценке качества ГЦЭ могут включать испытания штампами как отдельных элементов, так и участка из нескольких элементов закрепленного грунта если это предусмотрено проектом, рассматривая массив как условный фундамент с расчетными условными границами.

5.2.14 Контроль качества укрепленных методом струйной цементацией грунтов может дополняться зондированием участков между ГЦЭ вне условных границ закрепления и геофизическими методами исследования в соответствии с требованиями настоящего подраздела. Объемы работ по контролю назначаются проектом, но должны охватывать не менее 10 % общего объема закрепления грунтов. Рекомендуемые места расположения точек зондирования и направления профилей для геофизических исследований показаны на рисунках 5.1 и 5.4.

Для выполнения геофизического контроля проектом должна быть предусмотрена установка необходимых инструментов контроля (скважинные методы контроля) и/или армирующих элементов в контрольных точках для оценки качества грунтоцемента в отдельном ГЦЭ методами УЗК длины свай.

5.2.15 Обязательный элемент контроля при струйной цементации грунтов – геотехнический мониторинг сооружений, если выполняется укрепление грунтов в основании сооружения или сооружение находится в зоне влияния работ. Границы зоны влияния должны указываться в проекте и учитывать технологический фактор воздействия при размыве грунта струей высокого давления и длительным (в течение нескольких суток) временем схватывания и набора прочности закрепленного грунта. Объемы и продолжительность работ по геотехническому мониторингу должны назначаться программой/проектом мониторинга, который должен быть неотъемлемой частью проекта.

5.3. Охрана труда и мероприятия по охране окружающей среды

5.3.1. При производстве буровых и инъекционных работ, кроме рекомендаций настоящей методологии, необходимо выполнять требования [32] и [33].

5.3.2. Производство работ разрешается только при наличии проекта производства работ, в котором должны быть указаны основные технологические параметры, последовательность и продолжительность выполнения отдельных операций.

5.3.3 Производство работ в зоне расположения подземных коммуникаций (электрических кабелей, трубопроводов и др.) допускается только с письменного разрешения организации, ответственной за эксплуатацию этих коммуникаций.

К разрешению должна быть приложена схема с указанием расположения и глубины заложения коммуникаций, составленная на основании исполнительных чертежей.

До начала работ на поверхности грунта должны быть установлены знаки, указывающие места расположения подземных коммуникаций.

5.3.4 К производству работ могут быть допущены только специально обученные рабочие, ознакомленные с особенностями технологии и прошедшие специальный инструктаж.

5.3.5 Все виды работ должны производиться при строгом соблюдении специальных правил техники безопасности и выдерживании контрольных сроков ревизии и ремонта оборудования.

5.3.6 Инъекционные насосы для растворов и воды, применяемые в работе, должны быть снабжены манометрами, которые подлежат периодической проверке, и предохранительными клапанами, отрегулированными на соответствующие давления.

5.3.7 На участок, где ведутся работы, не допускаются лица, непосредственно не связанные с выполнением этих работ.

5.3.8 Устранение неисправностей, разъединение и подсоединение рукавов и другие монтажно-ремонтные работы допускается производить только при остановленных насосах и сброшенном давлении.

Во время работы запрещается переставлять, перегибать и натягивать высоконапорные рукава. Высоконапорные рукава должны быть размещены с возможностью свободного перемещения.

5.3.9 Не допускается свободный выпуск пульпы и неиспользованных растворов на поверхность.

Изливающаяся из скважины пульпа и остатки растворов должны перехватываться и отводиться в специальные шламоприемники.

5.3.10 В случае засорения сопла перед его прочисткой насос должен быть остановлен, а давление в магистралях сброшено.

5.3.11 Используемые в работе напорные рукава должны иметь не менее, чем двукратный запас прочности и подвергаться после монтажа и в дальнейшем при работе не реже, чем через каждые три месяца контрольному испытанию рабочим давлением в течение 30 мин.

5.3.12 В ППР по укреплению грунтов следует предусматривать необходимые мероприятия, предотвращающие влияние на окружающую застройку, загрязнение территории, поверхностных и подземных вод в соответствии с действующими нормативными документами.

5.3.13 Весь технологический процесс и вспомогательные и подготовительные работы должны исключать негативные воздействия на геотехническую среду – недопустимые осадки и смещения прилегающего грунтового массива, расположенных поблизости зданий, их фундаментов и инженерных коммуникаций, вибрационные и иные воздействия.

5.3.14 Уровни шума и вибрации от оборудования не должны превышать допустимые значения, установленные в нормативных документах.

5.3.15 Грунтовые и поверхностные воды должны отводиться в соответствии с утвержденными техническими условиями эксплуатирующих организаций. Производственные отходы (пульпа, строительный мусор и неиспользованные растворы) должны утилизироваться в виде затвердевших растворов в соответствии с утвержденным регламентом.

5.3.16 Производственные сточные воды, содержащие глинистый и цементный растворы, бензин, масла и тому подобное, должны быть пропущены через грязеотстойники, уловители и биофильтры для очистки от вредных примесей.

5.3.17 Выезды со строительной площадки должны быть оборудованы пунктами мойки колес автотранспорта (с организованным отводом воды).

6.   Геотехнический мониторинг

6.1 Геотехнический мониторинг при укреплении грунтов – один из методов контроля и должен выполняться в соответствии с требованиями СП 22.13330, СП 45.13330, СП 305.1325800 и положениями настоящего раздела.

6.2 Геотехнический мониторинг следует проводить как за вновь строящимся объектом, реконструируемым/ремонтируемым или находящимся в зоне влияния.

6.3 Геотехнический мониторинг следует проводить по СП 305.1325800 следующими методами:

- визуально-инструментальным;

- геодезическим;

- параметрическим;

- геофизическим;

- гидрогеологическим.

6.4 Визуально-инструментальный метод мониторинга должен включать наблюдения:

- за трещинами конструкций существующих сооружений;

- за дневной поверхностью в зоне влияния работ (трещины в отмостке, просадки, провалы, оседания грунта);

- за отклонением от вертикали несущих конструкций инструментальными методами (отвесы, акселерометры).

6.5 Геодезический метод мониторинга должен включать наблюдения:

- за осадками фундаментов;

- за отклонением от вертикали несущих конструкций.

6.6 Параметрический метод мониторинга выполняется, как правило, для объектов повышенного уровня ответственности класса КС-3 и для объектов класса КС-2 3-й геотехнической категории и должен включать:

- наблюдения за деформациями грунта в активной зоне (сжимаемой толще);

- измерения напряжений в массиве.

6.7 Геофизические методы мониторинга должны включать наблюдения за изменениями геологической и геотехнической среды.

6.8 Гидрогеологические методы мониторинга должны включать наблюдения за изменениями уровня подземных вод.

6.9 Объемы работ и периодичность устанавливаются проектом на основании требований СП 22.13330, СП 45.13330, СП 305.1325800.

Работы по мониторингу должны выполняться по программе, являющейся неотъемлемой частью проектной документации.

6.10 Геотехнический мониторинг должен включать наблюдения за контролируемыми параметрами, которые соответствуют определенному методу мониторинга. Допустимые отклонения от этих параметров должны назначаться проектом в соответствии с требованиями нормативных документов.

6.11 Для существующих сооружений результатом каждого цикла мониторинга должна быть оценка технического состояния на основании наблюдений всеми методами. По результатам проведенного цикла мониторинга проектная организация, выполняющая техническое сопровождение работ/авторский надзор должна, в рамках проведения третьего этапа наблюдательного метода проектирования, подтверждать актом возможность продолжения работ по укреплению грунтов. При необходимости, проектная организация выполняет корректировку проекта.

6.12 Учитывая скрытый характер работ по укреплению грунта и продолжительность стабилизации НДС после окончания работ, мониторинг следует выполнять по схеме:

- два цикла до начала работ по укреплению грунтов;

- в процессе работ с периодичностью назначаемой проектом;

- не менее двух циклов после окончания работ.

Заключение

В данной научной статье была рассмотрена технология струйной цементации, которая широко применяется в геотехнике и строительстве для укрепления грунта. Была описана методология проведения работ.

Струйная цементация является эффективным методом для укрепления слабых и неоднородных грунтов, позволяя создавать прочную цементную матрицу. Однако, она требует опытного персонала и имеет ограничения в размерах и глубине столбов.

Выбор в пользу струйной цементации должен основываться на тщательной оценке требований проекта, геологических условий, доступных ресурсов и других факторов. Метод может быть эффективным в правильных условиях, и его сочетание с другими методами может быть рациональным подходом для достижения оптимальных результатов.

Библиография

[1] Методические рекомендации по геотехническим мероприятиям инженерной защиты территории от проявления карстово-суффозионных процессов, АО «НИЦ «Строительство», НИИОСП им. Н. М. Герсеванова, Минстрой России, 2017

[2] Пособие по производству работ при устройстве оснований и фундаментов (к СНиП 3.02.01-83). НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, М. 1986

[3] Пособие по химическому закреплению грунтов инъекцией в промышленном и гражданском строительстве (к СНиП 3.02.01-83). НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, М. 1985

[4] Рекомендации по струйной технологии сооружения противофильтрационных завес, фундаментов, подготовки оснований и разработки мерзлых грунтов. ВНИИОСП, Москва, 1989

[5] Рекомендации по применению свай, устраиваемых с использованием струйной геотехнологии. НИИОСП, Лаб.№38, Москва

[6] Руководство по проектированию илоцементных оснований и фундаментов портовых сооружений. 1983

[7] Рекомендации по уплотнению просадочных грунтов большой мощности гидровзрывным методом. ЦНИИСК, Москва, 1984

[8] Рекомендации по проектированию и устройству фундаментов из цементогрунта. НИИОСП, 1986

[9] ВСН 40-88. Проектирование и устройство фундаментов из цементогрунта для малоэтажных сельских зданий. Москва, 1987

[10] Инструкция по изготовлению и применению грунтобетона в строительстве (СН 23-58). 1958

[11] НИР по договору №140/2020 от 20.05.2020г. Методические рекомендации. Методы контроля качества искусственных оснований из закрепленных грунтов. АО «НИЦ «Строительство», 2020

[12] Рекомендации по определению коэффициентов фильтрации лессовых грунтов зондированием. 1979

[13] НИР по теме: «Выполнение работ по мониторингу и анализу Российских и международных нормативных, технических и методических документов в области проектирования и производства работ по устройству искусственных оснований из закрепленных и армированных грунтов и подготовка предложений по корректировке и дополнению отечественной системы нормативных документов на основе мирового опыта», № 141/2019г., НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, АО «НИЦ «Строительство»

[14] Ибрагимов М.Н., Семкин В.В. Закрепление грунтов инъекцией цементных растворов. АСВ, 2012

[15] Аншин Л.З., Семкин В.В., Шапошников А.В. Проектируем здания. АСВ, 2015г.

[16] Ибрагимов М.Н., Семкин В.В., Шапошников А.В. Цементация грунтов инъекцией растворов в строительстве. АСВ, 2017

[17] Фурсов Л.Ф. Инъектирование и инъекционные растворы. С-Петербург, 2010 г.

[18] BS EN 12716:2001 - Execution of special geotechnical works. Jet-grouting

[19] EN 12715:2000 Execution of special geotechnical work – Grouting

[20] СТО НОСТРОЙ 2.3.18-2011 Освоение подземного пространства. Укрепление грунтов инъекционными методами в строительстве

[21] EN 14679:2005 Execution of special geotechnical work – Deep mixing

[22] НИР по договору №573/2015 - ФАУ ФЦС - АО «НИЦ «Строительство» по теме: «Исследование современных методов закрепления грунтов в практике строительства и разработка рекомендаций по усилению грунтов основания при помощи насыщения (пропитки) особо тонкодисперсными вяжущими веществами (ОТДВ) на основе портландцемента»

[23] Руководство по проектированию илоцементных оснований и фундаметов портовых сооружений, НИИОСП, 1983

[24] НИР по договору № 135/2019 от 20.05.2019г. «Инженерный метод оценки проникающей способности дисперсных грунтов растворами на минеральной и полимерной основах», АО «НИЦ «Строительство», 2019

[25] Петрухин В.П., Шулятьев О.А., Мозгачева О.А. Новые способы геотехнического проектирования и строительства. // М. АСВ,2015

[26] Руководство по проектированию илоцементных оснований и фундаметов портовых сооружений, НИИОСП, 1983

[27] СТО НОСТРОЙ 2.5/126-2013 Устройство грунтовых анкеров, нагелей и микросвай. Правила и контроль выполнения, требования к результатам работ

[28] СТО 36554501-007-2006 Проектирование и устройство геотехнического барьера вертикального или наклонного методом компенсационного нагнетания

[29] Токин А.Н. Фундаменты из цементогрунта., М. Стройиздат, 1984

[30] Шулятьев О.А., Мозгачева О.А. Снижение осадки фундамента за счет изменения напряженно-деформированного состояния основания путем инъекции твердеющего раствора. // М. АСВ

[31] Шулятьев О.А. Изменение напряженно-деформированного состояния массива грунта или его уплотнение при инъекции // Основание, фундаменты и механика грунтов. – 2016. – № 3

[32] СНиП 12-03-2001 Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Общие требования [33] СНиП 12-04-2002 Безопасность труда в строительстве. Часть 2. Строительное производство

Bibliography

[1] Methodological recommendations on geotechnical measures for engineering protection of the territory from the manifestation of karst-suffosion processes, JSC "Research Center" Construction ", NIIOSP named after. N. M. Gersevanova, Ministry of Construction of Russia, 2017

[2] Manual for the production of works in the construction of foundations and foundations (to SNiP 3.02.01-83). NIIOSP them. N.M. Gersevanova, M. 1986

[3] Manual on the chemical fixation of soils by injection in industrial and civil engineering (to SNiP 3.02.01-83). NIIOSP them. N.M. Gersevanova, M. 1985

[4] Recommendations on jet technology for the construction of impervious curtains, foundations, preparation of foundations and development of frozen soils. VNIIOSP, Moscow, 1989

[5] Recommendations for the use of piles, arranged using jet geotechnology. NIIOSP, Lab. No. 38, Moscow

[6] Guidelines for the design of silt-cement foundations and foundations for port facilities. 1983

[7] Recommendations for the compaction of subsidence soils of high power by hydraulic blasting. TsNIISK, Moscow, 1984

[8] Recommendations for the design and construction of cement ground foundations. NIIOSP, 1986

[9] VSN 40-88. Design and installation of cement soil foundations for low-rise rural buildings. Moscow, 1987

[10] Instructions for the manufacture and use of soil concrete in construction (SN 23-58). 1958

[11] Research work under contract No. 140/2020 dated 20.05.2020. Guidelines. Methods for quality control of artificial foundations from fixed soils. JSC "NIC "Construction", 2020

[12] Recommendations for determining the filtration coefficients of loess soils by sounding. 1979

[13] Research work on the topic: “Performance of work on monitoring and analysis of Russian and international regulatory, technical and methodological documents in the field of design and production of works on the installation of artificial foundations from fixed and reinforced soils and preparation of proposals for adjusting and supplementing the domestic system of regulatory documents for based on world experience”, No. 141/2019, NIIOSP named after N.M. Gersevanova, JSC "Research Center "Construction"

[14] Ibragimov M.N., Semkin V.V. Fixation of soils by injection of cement mortars. DIA, 2012

[15] Anshin L.Z., Semkin V.V., Shaposhnikov A.V. We design buildings. DIA, 2015

[16] Ibragimov M.N., Semkin V.V., Shaposhnikov A.V. Cementation of soils by injection of solutions in construction. DIA, 2017

[17] Fursov L.F. Injection and injection solutions. St. Petersburg, 2010

[18] BS EN 12716:2001 - Execution of special geotechnical works. jet grouting

[19] EN 12715:2000 Execution of special geotechnical work - Grouting

[20] STO NOSTROY 2.3.18-2011 Development of underground space. Soil strengthening by injection methods in construction

[21] EN 14679:2005 Execution of special geotechnical work – Deep mixing

[22] Research work under the contract No. 573/2015 - FAA FTS - JSC "NRC "Construction" on the topic: "Research of modern methods of fixing soils in construction practice and development of recommendations for strengthening base soils by saturation (impregnation) with especially finely dispersed binders ( OTDV) based on Portland cement"

[23] Guidelines for the design of silt-cement foundations and foundations for port facilities, NIIOSP, 1983

[24] R & D under contract No. 135/2019 dated 05/20/2019. "Engineering method for assessing the penetrating ability of dispersed soils with solutions on a mineral and polymer base", JSC "NIC "Construction", 2019

[25] Petrukhin V.P., Shulyatiev O.A., Mozgacheva O.A. New methods of geotechnical design and construction. // M. DIA, 2015

[26] Guidelines for the design of silt-cement foundations and foundations for port facilities, NIIOSP, 1983

[27] STO NOSTROY 2.5/126-2013 Installation of ground anchors, pins and micropiles. Rules and control of implementation, requirements for the results of work

[28] STO 36554501-007-2006 Design and installation of a vertical or inclined geotechnical barrier using the compensation injection method

[29] Tokin A.N. Foundations from cement soil., M. Stroyizdat, 1984

[30] Shulyatiev O.A., Mozgacheva O.A. Decreased foundation settlement by changing the stress-strain state of the foundation by injecting a hardening solution. // M. DIA

[31] Shulyatiev O.A. Changes in the stress-strain state of a soil mass or its compaction during injection // Foundation, foundations and soil mechanics. - 2016. - No. 3

[32] SNiP 12-03-2001 Labor safety in construction. Part 1. General requirements [33] SNiP 12-04-2002 Occupational safety in construction. Part 2. Construction production

Скачано с www.znanio.ru