Технология цементации грунта и для чего она применяется

Частые проблемы при проведении строительных и инженерных работ — нестабильные или слабые грунты, недостаточная несущая способность и гидроизоляция фундаментов. Для их решения используются различные виды цементации, которые помогают укрепить, гидроизолировать и повысить несущую способность почвы.

Для чего производят цементацию грунта

Укрепление грунта цементацией проводится для улучшения его характеристик, повышения прочности и устойчивости. Технология используется, когда планируется строительство зданий на неустойчивых или сыпучих почвах. Улучшая механические свойства грунта, метод позволяет создать более надежную и стабильную основу для будущих конструкций, что снижает риск осадок и разрушений. При строительстве на склонах или возле водоемов цементация позволяет укрепить насыпи и откосы, увеличив устойчивость конструкций к эрозии и обрушению.

Цементирование уменьшает проницаемость земли для влаги, поэтому применяется в районах с высоким уровнем грунтовых вод или при необходимости предотвратить подтопление. Увеличение плотности и снижение проницаемости обеспечивает долговечность и устойчивость конструкций, защищает от вымывания грунтов, которое может привести к серьезным повреждениям.

Цементация снижает подвижность частиц грунта, что предотвращает его проседание или сдвиги. Устойчивость к деформациям способствует сохранению целостности дорожного полотна, насыпей и других земляных сооружений, подверженных нагрузкам. Технология используется для реабилитации загрязненных грунтов: улучшает их физико-механические свойства и фиксирует вредные вещества, минимизируя их миграцию и воздействие на окружающую среду.

Инъекционная цементация грунтов

Инъектирование — это процесс введения специальных растворов — цемента, силикатов или смол — в грунт для его упрочнения и герметизации. Инъекция формирует защитный слой или барьер, который предотвращает проникновение влаги или улучшает характеристики почвы.

Инъектирование проводится для усиления прочности грунта, заполнения почвенных пустот, защиты от распространения грунтовых вод. По используемым материалам выделяют следующие виды инъектирования:

1. Цементное. В пробуренную скважину закачивается цементный раствор, который затвердевая образует прочное вяжущее, укрепляющее и стабилизирующее грунт.
2. Силикатное. Заключается в добавлении в грунт силиката натрия, который смешивается с кислотными или щелочными отвердителями. Химическая реакция между компонентами меняет свойства грунта, делая его прочнее и устойчивее.
3. Смолистое. Подразумевает применение полимерных смол, смешанных со слабыми кислотными отвердителями. При введении в грунт смесь вступает в химическую реакцию, приводящую к затвердеванию смол с образованием прочного вяжущего вещества. Это усиливает грунт и повышает его механические свойства.

Метод цементации грунтов подбирается с учетом их свойств и целей проводимых строительных работ. Бетонные смеси с минеральными вяжущими или тонкодисперсными силикатными примесями применяется для укрепления рыхлых песчаников с пылевидным и мелкозернистым составом. Силикаты выбираются, когда необходимо не только укрепить грунт, но и повысить его водонепроницаемость. Эти составы вводятся в пористые почвы, которые хорошо пропускают влагу, и в трещины скальных пород для предотвращения их расширения.

Полимерные смолы усиливают несвязные песчаные грунты. Для предотвращения суффозионных процессов и обеспечения подземной устойчивости используются вспененные полимерные составы — инъекционные смолы на основе полиуретана или силиката, отличающиеся высокой пенообразующей структурой.

Метод струйной цементации грунтов

Технология струйной цементации («jet grouting») основана на перемешивании и замене исходного грунта любой водонасыщенности бетонными растворами. Осуществляется путем подачи смеси через насадки на забой скважины на прямом или обратном ходе бурильной колонны под давлением до 500 бар. В результате образуется грунтоцементный массив с повышенными прочностными свойствами.

Технология струйной цементации грунтов используется для решения следующих задач:

• закрепление почвы;
• обустройство стенок и днищ противофильтрационных завес карьеров, шахт, колодцев;
• укрепление откосов и склонов;
• устройство фундаментов строений;
• усиление оснований аварийных объектов;
• уплотнение земли при тоннельной проходке;
• упрочнение грунтов в основании плотин, дорог, насыпей;
• устройство непроницаемых завес, экранов, барьеров котлованов;
• устройство гидроизоляции барьерных конструкций.

В зависимости от особенностей грунта, целевого диаметра и прочности грунтобетонной сваи используются три основные техники: «jet-1», «jet-2» и «jet-3». «Jet-1» — это однокомпонентный струйный метод, основанный на разрушении почвенного слоя струей цементного раствора. Используется в крупно- и среднезернистых песчаниках.

Двухкомпонентный способ «jet-2» задействует вспомогательную энергию сжатого воздуха, формируя вокруг цементной струи искусственную воздушную рубашку. Это увеличивает объем закрепляемого грунта за счет резкого снижения сопротивления среды. Прочностные характеристики получаемого грунтоцемента после затвердевания на 10-15% ниже по сравнению с однокомпонентным подходом.

Трехкомпонентная методика «jet-3» использует для разрушения грунта не только воздушный поток, но и струю воды, а цемент подается через отдельную форсунку. Прочностные параметры получаемого грунтобетона существенно ниже, чем при первых двух подходах. Цементация грунтов технологиями «jet-2» и «jet-3» применяется в связных и супесчаных почвах.