Закреплении грунтов с помощью струйной геотехнологии
В Японии Исследовательским центром общественных работ в кооперации с семью строительными компаниями и двумя компаниями по производству строительных материалов были выполнены исследования, имевшие основной целью уменьшение объема грунта, выносимого вместе с пульпой при закреплении грунтов с помощью струйной геотехнологии.
Экспериментальные работы включали разработку грунта вращаемой водяной струей, вынос грунта на поверхность, обезвоживание его и перемешивание с цементом в смесителе, подачу полученной смеси в подземное пространство под давлением, с выдавливанием жидкости, заполняющей разработанную полость.
Разработка грунта производилась водяными струями, подаваемыми двух насадок, направленных под углом 30° к горизонту и укрепленных раздвижных треугольных лопастях. По мере размыва грунта лопасти раздвигались, и насадки перемещались к периферии полости. Наилучшие результаты были получены при перемещении вращаемого монитора сверху вниз.
Пульпа размытого грунта с плотностью около 1150 кг/м3 пропускалась через батарею из 6 гидроциклонов малого диаметра с расходом 200...300 л/мин. При этом она эффективно обезвоживалась при внутреннем диаметре нижнего пропускного вентиля 5 мм (работы велись в тонкодисперсных грунтах), большей плотности пульпы, порядка 1300 кг/м3 требовалось определен разбавление ее водой. Полученный слив из гидроциклонов успешно использовался для размыва грунта, при подаче в насос. При этом объем удаляем грунта уменьшается от 2 до 4 раз по сравнению с объемами, удаляемыми обычной струйной геотехнологии.
В таблице 6.1 показан состав грунторастворной смеси в виде соотношения количества компонентов.
Таблица 6.1.
| Материал | вяжущее | бентонит | грунт (песок) | вода |
| Состав смеси | 1 | 0,04 | 2 | 0,67 |
В таблице 6.2 показаны характеристики этой смеси через 7 дней после начала твердения.
Таблица 6.2
| № образца | Осадка конуса, см | Прочность на сжатие, МПа | |
| на периферии | в центре | ||
| 1 | 17,3 | 15,1 | 13,9 |
| 2 | 16,3 | 15,1 | 14,3 |
| 3 | 19,2 | 14,2 | 12,5 |
| 4 | 15,4 | 11,6 | 11,7 |
| 5 | 14,3 | 12,4 | 9,9 |
Как видим, свойства грунтобетонного материала здесь достаточно однородны.
Таким способом были получены грунтобетонные колонны диаметром до 1,2 м с гладкими стенками, без шероховатостей. Перекачка концентрата обезвоженного грунта производилась с помощью специального объемного насоса. На рис. 6.7 показана технологическая схема описанного процесса.
Рис. 6.7. Технологическая схема струйного закрепления грунта при
перемешивании с цементным раствором на поверхности и синхронной закачке смеси в
размываемую полость
I - разработка грунта водяной струей; II - обезвоживание
грунта; III - система обе ротного водообеспечения; IV - перемешивание
обезвоженного грунта с растворен V - подача растворо-грунтовой смеси; 1 -
струйная установка; 2- разрабатывавши полость в грунте; 3 - пульпа размытого
грунта; 4 - резервуар для пульпы; 5 — питатель вибрационного действия; 6- насос
высокого давления; 7- батарея гидроциклонов; 8 - всасывающий фильтр; 9 -
обезвоженный грунт; 10 - резервуар для отходов, II - грязевый насос; 12-
расходомер; 13- резервуар для воды; 14- растворосмеситель; 15- растворный насос;
16- сухой цемент; 17- обезвоженный размытый грунт; 18- бункер; 19 -смеситель
непрерывного действия; 20- растворный насос
Таким образом, основная сущность данной технологии - это замена малоэффективного процесса подземного перемешивания разрыхленного водяной струей грунта с твердеющим раствором с помощью вращаемой струи указанного раствора в традиционной струйной геотехнологии более эффективным процессом перемешивания с помощью механического смесителя на поверхности земли. Следует, однако, заметить, что в реальных строительных условиях, при работе в полидисперсных грунтах такой замкнутый цикл оборота воды приведет к тому, что будет происходить постепенное накопление мельчайших частиц грунта, подаваемых в размываемую полость вместе со сливом гидроциклонов, используемым для размыва грунта, и со временем - к повышению относительного количества этих мелких частиц в концентрате пульпы и в составе грунторастворной смеси, что приведет к снижению прочности закрепленного грунта.
Концентрированная напорная подача грунтоцементной смеси в размываемую полость (метод вертикально-подъемной трубы) приводит к важному качественному эффекту: вытеснению жидкостью с большим удельным весом грунторастворной смесью) жидкости с меньшим удельным весом. Этот эффект способствует решению одной из важных проблем струйной геотехнологии: интенсификации удаления размытого грунта из полости.
В обычной геотехнологии этот процесс является «узким местом», так как восходящий поток пульпы имеет недостаточную захватывающую способность, что требует ограничения скорости подъема монитора. Однако в этом случае, при наличии неровностей в стенках размываемой полости, в них скапливается разрыхленный грунт, не перемешанный с раствором, который не вытесняется и остаётся на границе грунтобетонной колонны, ослабляя силу ее трения с окружающим естественным грунтом.
В обычной струйной геотехнологии наличие неровностей на боковой поверхности колонны является положительным фактором, так как они в данном случае способствуют улучшению совместной работы колонны с грунтом. Впрочем, при повышенной частоте вращения монитора (более 5 мин-1) грунтобетонные колонны небольшого диаметра обычно имеют относительно гладкую боковую поверхность. Именно поэтому авторы данной работы придавали особое значение гладкости поверхности колонны. Однако наиболее важным достоинством данной технологии является исключение непроизводительных потерь раствора (что не ставилось авторами в качестве задачи исследований). К сожалению, сложная технологическая схема и большое требуемое количество вспомогательного оборудования ограничивают возможности широкого применения данной технологии.
