Закрепление грунтов цементными растворами

Закрепление грунта цементным растворомМетод закрепления грунтов, подразумевающий нагнетание цементных растворов под давлением — один из самых распространенных в строительстве фундаментов, а также в горном деле, гидротехнике (противофильтрационные завесы, плотины). К основным преимуществам метода цементации грунтов стоит отнести:

  • Дешевизна. Метод не требует серьезных материальных затрат, сложных технических устройств и дорогостоящих расходных материалов.
  • Простота использования.
  • Высокая надежность, отсутствие зависимости от природных факторов.
  • Экологичность, отсутствие вреда, наносимого окружающей среде.

Метод цементации заключается в нагнетании цементного раствора — в зависимости от типа почв, в трещины скальной породы или в поры толщи песка. Цемент нагнетается через специально пробуренные скважины. Затвердевая, раствор повышает прочность грунта, делая его цельным и водонепроницаемым.

Не все грунты пригодны для пропитки цементным раствором. Чтобы определить возможность этой операции, стоит знать коэффициент фильтрации, а также гранулометрический состав цементно-водной суспензии, который определяет ещё один важный показатель: дисперсность. Растворы с содержанием крупных частиц (более 100 мкм) от 6 до 10 процентов и удельной поверхностью от 2500 до 3000 кв.см/г проникают и закрепляют только в крупные пески (коэффициент фильтрации свыше 100 метров в сутки). Если же песок мелкий, цемент не будет глубоко проходить в его толщу, и для укрепления грунта раствор не годится.

Проникающую способность цемента можно повысить. Для повышения, как правило, используется более тонкий помол цемента, избавление от крупных частиц. Благодаря этому структура становится более однородной, меньше расслаивается, а также, что немаловажно, замедляется водоотделение. К современным методам повышения проникающей способности цемента относят использование высокодисперсных гидравлических вяжущих. Как пример можно привести следующий раствор:

  • «Микродур». Раствор от всемирно известного немецкого производителя цемента, компании Dyckerhoff. Это тонкодисперсное гидравлическое вяжущее, выпускающееся в четырёх модификациях: RS, RF, RU, RX. Составы различаются показателем дисперсности: так, RS состоит из частиц диаметром 24 микрометра и меньше, а самые мелкие частицы — не более 6 мкм — у состава RX. RS оптимален для закрепления крупных грунтов и грунтов средней крупности, RF — для грунта средней крупности, а прочие составы — для закрепления мелких грунтов. Расход цемента также зависит от дисперсности, а также от прочности закрепляемого песка. Чем мельче «микродур», тем больше его расходуется: так, на закрепление определенного объема среднего грунта с помощью RF уйдёт на 20-30% меньше материала, чем для закрепления того же объема мелкого грунта с помощью RU.

Нагнетание в грунт жидкого цементного раствораМикродур — дорогой стройматериал: тонна этого состава, в зависимости от разновидности, стоит в районе 4000-5000 евро. Проведя расчёты, можно определить, что закрепление 1 кубического метра грунта (песок прочностью от 5 до 8 МПа) с помощью микродура будет стоить от 14 до 25 000 рублей.

Как метод борьбы с этими проблемами хорошо зарекомендовало себя инъекционное закачивание цементных растворов. Оно производится через скважину с помощью колонн из манжетных труб. Инъекция цементного раствора может осуществляться в трёх режимах:

  • Пропитка. Используется для закрепления грунтов с высокой степенью водопроницаемости. Во время такой операции давление практически не меняется, неизменным остаётся и количество каналов-разрывов.
  • Разрывная инъекция. Используется для работы со слабоводопроницаемыми грунтами, куда нагнетается грубодисперсный раствор. Давление при этом сначала резко повышается, а затем продолжает возрастать постепенно. В результате образуются новые свищи-разрывы, куда закачивается раствор, впоследствии затвердевающий.
  • Неустойчивый режим. При этом виде инъекции давление колеблется в широкой амплитуде.