Пика технология

  • 1.История
  • Состав грунтов
  • 2.1. Что следует понимать под инъекцией грунтов
  • 2.2. Виды инъекций
  • 2.3. Применение способа с инъекционными пиками
  • Теория инъекций в грунт
  • 3.1. Текучесть и процесс затвердевания материалов
  • 3.2. Рекомендации по давлению
  • 3.3. Тестовое инъектирование
  • 3.4. Продолжительность инъектирования
  • Обследование грунтов
  • 4.1. Необходимость в обследовании грунтов
  • 4.2. Обследование грунтов из несвязанных пород
  • 4.3. Указания по гомогенным грунтам
  • Планирование инъекционных работ
  • 5.1. Рекомендации по расположению пик
  • 5.2. Указания по проведению инъектирования
  • 5.3. Указания по выбору способа применения пик
  • 5.4. Указания по выбору инъекционных материалов
  • 5.5. Контроль создания инъекционного тела с помощью электронной системы DESOI Flow Control
  • Экология
  • 6.1. Актуальные требования в Германии
  • Документация для описания объекта или составления проекта
  • 7.1.  Проект
  • 7.2. Рекомендации по составлению проекта работ
  • 7.3.  Расчетная база.
  • 7.4. Рекомендации по мониторингу
  • 8.1 Референция
  • 8.2 Референция
  • Историческая справка. История инъекций – 200 лет
  • Список литературы
  • История
  • Первое задокументированное инъектирование минеральных продуктов было произведено более 200 лет назад
  • Француз Чарльз Берини в 1802 году проводил нагнетание в грунт суспензии из воды и цемента на одном из шлюзов, для заполнения пустот, укрепления и герметизации. Он ввел термин «инъекционный способ»
  • Историческая справка. История инъекций – 200 лет
  • В США инъекция минеральных продуктов в грунт применяется с 40-х годов, в России способ применяется с 50-х годов нашего столетия
  • Вокруг зоны проведения инъекционных работ несвязанные породы уплотняются и герметизируются
  • Инъекционные пики пошагово вытягиваются
  • Вокруг пик образуется инъекционное тело в виде шара диаметром до1 метра
  • В Германии практический опыт за 70 лет задокументирован в специальной литературе «Инъекции в грунты»
  • Многие процессы происходящие в грунтах во время нагнетания до сих пор пока полностью неизвестны
  • Теоретические предпосылки также ограничены
  • Правильным решением в каждом конкретном случае будет достижение целей и поставленных перед инъекционными мероприятиями задач с обоснованными техническими и экономическими затратами

 

  • Состав грунтов
  • Грунт состоит из двух типов пород.
  • Связанные породы и несвязанные породы
  • Грунт представляет собой систему из трех сред
  • – Твердое вещество (порода из различных минералов)
  • – Жидкость (как правило вода)
  • – Газ (как правило воздух)
  • Жидкость и газ заполняют трещины (скалистые породы) и поры (грунт)
  • Если трещины и поры размыты и имеют большой объем, то речь идет о полостях в грунте
  • Образование или наличие полостей чаще всего проявляются на поверхности земли (обвалы, осадка грунтов) или влияют на изменение поведения грунтовых вод (изменение уровня или объема потока грунтовых вод )

 

  • Что следует понимать под инъекцией грунтов
  • Нагнетание инъекционных материалов в полости, трещины и поры с целью герметизации или упрочнения
  • Решающим фактором являются параметры проницаемости и прочности связанных и несвязанных пород грунта
  • Все инъекционные материалы должны быть текучими и хорошо проникать в трещины и поры
  • Первый успешный опыт- герметизация и упрочнение грунта. Юстен способ-запатентован в Германии в 1926 году
  • – «Жидкое стекло» и последующая инъекция хлорида кальция (образование геля)
  • – Мгновенная скорость реакции продуктов
  • Виды инъекций
  • Заполняющая инъекция
  • Инъекция и заполнение существующих трещин и систем пор
  • – Герметизация
  • – Упрочнение связанных и несвязанных пород (создание консолидированного инъекционного тела)
  • Важно: Постоянный поток материала во время инъектирования, давление 5-10 бар
  • Герметизирующая инъекция
  • Инъекция с целью заполнения искусственно созданной полости
  • Полость заполняется и герметизируется инъекционным материалом
  • Цель: Повышение несущей способности грунта из несвязанных пород
  • Отсутствие единого инъекционного тела. Давление до 20 бар

 

  • Применение способа с инъекционными пиками
  • Грунты состоящие из песков и илистых песков
  • Инъекционный материал: цементная суспензия, акрилатный гель
  • При герметизирующей инъекции инъекционные цементные тела могут между собой не соприкасаться
  • Расстояние между пиками 0,5-1 м
  • Создание герметизирующих зон. Давление 5 бар. Объем подачи материала: 2-3 литра/мин в начале процесса инъектирования и 1-1,5 литра/мин в конце инъектирования.
  • Указание: Слишком высокое давление разрушает грунт (гидроразрыв)
  • Материал может начать выходить на поверхность по контактной зоне «пика-грунт»

 

  • Теория инъекций в грунт
  • Предпосылки
  • Полости заполняются инъекционным материалом
  • Полное заполнение нескольких полостей возможно, если данные полости между собой соединены
  • Инъекционный материал проникает в систему пор и трещин через выпускные отверстия в пиках
  • Благодаря давлению при инъектировании поддерживается постоянная подача материала. Дальность или область распространения материала – расстояние от выхода материала из выпускных отверстий до точек, куда проникает материал в грунте
  • Указание: Всегда устанавливать границы давления и распространения материала. Сильно высокое давление может привести к поднятию или сдвигу слоев грунта. Материал может начать выходить на поверхность по контактной зоне «пика-грунт»
  •    3.1. Текучесть и процесс затвердевания материалов
  • Текучесть и затвердевание всех инъекционных материалов определяются вязкостью и границей текучести. К примеру через воронку Марша. Время вытекания -1 литр цементной суспензии 25-30 секунд (вода 20-25 секунд)
  • Рекомендации по давлению
  • Цель: соединить до соприкосновения или до перекрытия соседние участки инъектирования
  • Рекомендуемое давление и скорость инъектирования
  • Ограничение максимального допустимого давления
  • Учитывать границу распространения материала и тем самым область инъектирования
  • Давление увеличивать плавно
  • Держать давление несколько минут (зависит от возможности приема материала трещинами и порами)
  • Тестовое инъектирование
  • По возможности проводить до написания проекта. Возможность проведения пробного тестового инъектирования зависит от конкретных условий на объекте, но рекомендуется  в любом случае
  • Цель пробного инъектирования
  • Детальная проработка технических шагов
  • Выбор и определение способа и конфигурации забивных пик
  • Определить  возможность инъектирования грунта и задокументировать процесс
  • Записать полученные данные  в примечание к проекту или к условиям договора
  • Порядок расположения пик при пробном инъектировании
  • – Возможно проведение пробного гидроопрессования
  • – Затем заполнить пики цементной суспензией
  • – Выбрать керны
  • Данные пробного инъектирования
  • Принципиальная пригодность способа
  • Определение необходимого расстояния между пиками
  • Определение  необходимого давления  инъектирования
  • Определение расхода инъекционного материала в зависимости от возможного расхода воды

 

 

 

 

  • Продолжительность инъектирования

Зависит от вязкости материала

Зависимость от давления

Зависит от области распространения материала

Указание: Возможность переработки материала насосом проверять на вытекание из тестового стакана.

  • Обследование грунтов
  • 4.1. Необходимость в обследовании грунтов
  • Для проведения инъектирования грунтов предварительно необходимо определить следующие параметры:
  • Толщину инъецируемых слоев грунта
  • Содержание количественное пор и полостей заполненных водой или воздухом
  • Геофизические и химические свойства грунта и грунтовой воды
  • Направление  и скорость потока грунтовых вод
  • Возможность забивки пик и тем самым  экономическую эффективность применения данного способа
  • Обследование грунтов из несвязанных пород
  • Точечная выборка кернов, установка зондов или создание шурфов
  • Возможны дополнительные объектные обследования, особенно на возможность прокачки насосом и на давление (дополнительная проверка данных полученных во время пробного инъецирования)
  • Определение плотности слоев забивными зондами
  • Выемка проб грунта и воды
  • Обследование проб в лаборатории и определение следующих параметров:
  • Обозначение грунта
  • Определение фракционного состава
  • Наличие крупных вкраплений  в виде камней и блоков
  • Содержание воды
  • Пластичность
  • Консистенция
  • Плотность слоев
  • Тип грунта
  • По возможности пористость и коэффициент проницаемости
  • Экологические обследования грунта и воды в зависимости от планируемого к применению инъекционного материала
  • При необходимости установить способ поиска полостей
  • Отсутствие данных обследования грунтов или отказ от обследования нередко приводит к удорожанию ремонтных работ или может вызвать возникновение аварийных ситуаций
  • Указания по работе на гомогеннных участках грунтов
  • Определение гомогенных участков грунта согласно их состоянию до забивки и опрессовки. Гомогенный участок – ограниченная область грунта, состоящая из одиночных или связанных в группы слоев с одинаковыми сравнимыми свойствами на предмет забивки, утрамбовки или опрессовки данного грунта.
  • Планирование инъекционных работ
  • Цель:
  • – При заполняющей инъекции располагать пики таким образом, чтобы между собой перекрывались зоны и границы распространения материала
  • – Создание консолидированного, закрытого инъекционного тела (состоит из частиц грунта и инъекционного материала)
  • Герметизация грунта из несвязанных пород
  • – Создать инъекционную подушку-нижний слой из материала
  • – Создание мембраны-завесы
  • – Специальные решения. К примеру, герметизация подошвы траншеи для прокладки труб
  • Упрочнение грунта из несвязанных пород
  • – Подведение нового или усиление старого фундамента под сооружениями и конструкциями
  • – Повышение или улучшение несущих свойств грунта
  • – Ограниченно применяются инъекции с гидроразрывом из-за необходимого создания высокого давления (выравнивание осадок конструкций)
  • 5.1 Рекомендуемое расположение инъекционных пик
  • – Располагать скважины таки образом, чтобы образовалось связанное единое инъекционное тело
  • – Расстояние зависит от зоны распространения материала
  • Типичные расстояния
  • 0,25-0,5 м внутри ряда скважин
  • 0,25-0,5 м для глубоких инъекционных скважин (создание мембраны-завесы)
  • 0,5-1 м для площадных инъекций
  • Смещать один ряд скважин относительно соседнего ряда
  • Указания по проведению инъекционных работ
  • Основные шаги
  • Установка забивных пик
  • Создание инъекционного тела
  • Преимущества пик
  • Затраты на забивку пик значительно ниже буровых работ
  • Инъекционные пики могут использоваться многократно
  • Указания по способу применения забивных пик
  • Восходящая инъекция. Снизу вверх.
  • Установить пику на требуемую глубину
  • Шаг за шагом произвести инъектирование с подъемом пики снизу вверх
  • Пика со съемным наконечником
  • Выбор способа зависит от геологических данных
  • Указания по выбору инъекционного материала
  • Определить цель инъектирования в грунт
  • – Герметизация
  •       – Упрочнение
  • Инъекционный материал
  • Растворы
  • – Химическое соединение из жидких, твердых и газообразных элементов
  • – Все компоненты тщательно и полностью перемешаны. К примеру,  гель, жидкие полимеры, смолы
  • Суспензии
  • – Растворы из жидких и твердых компонентов
  •  – Диаметр зерна фракции: 1-100 мю-метра (1/1000 мм).  К примеру, суспензия из воды и цемента с добавками и связующими
  • Эмульсии
  • Раствор из нескольких жидких компонентов с различными свойствами. Фракция 1-10 мю-метра. К примеру, эмульсия из битума и воды/смолы, каучуковые эмульсии
  • Выбор инъекционного материала зависит от размера и объема пор и трещин
  • Указание:
  • По возможности выбирать мелкофракционные продукты для пор и трещин
  • Цементная суспензия с добавкой песка подходит для заполнения  больших трещин и полостей
  • Суспензия на основе цемента
  • Основные решающие свойства
  • Тонкость помола
  • Максимальное зерно 0,1 мм. Содержание фракции 0,05 мм составляет 90 %
  • – Избыток воды из суспензии выпрессовывается под давлением
  • – Решающий фактор – текучесть
  • – Обращать внимание на седиментацию
  • Силикатные гели
  • Исходное сырье: «Жидкое стекло» с органическим или неорганическим отвердителем
  • Грунт после инъектирования похож на песчаник
  • Малая прочность
  • Позитивные результаты наблюдаются с 1937 года
  • Применение DESOI Flow Control. Проверка создания инъекционного тела
  • Инъекционное тело всегда находится ниже уровня поверхности земли
  • DESOI  Flow Control
  • Документирование расхода инъекционного материала
  • Постоянный контроль во время проведения работ
  • Преимущества для проектировщиков и заказчиков
  • Система DESOI  Flow Control гарантирует постоянный контроль и соблюдение установленных проектом технических параметров. К примеру, соотношение смешивания и давление инъектирования. Соответствующая машинная техника является надежной, проверенной на практике и гарантирует качественное исполнение работ. При необходимости система может подбираться с учетом условий проекта и объекта.
  • Опыт
  • Постоянно поднимающееся давление при одновременном уменьшении расхода материала свидетельствует об отсутствии процессов гидроразрыва.
  • При проведении тестовых пробных инъекций в несвязанную породу контроль за расходом материала на различных участках скважины/забивной пики. Это указывает на создание инъекционного тела согласно проекту.
  • Электронная документация является одновременно расчетной и сметной базой для выполненной работы
  • Проверка зон и участков рядом с инъекционным телом и электронная запись полученных данных  
  • Экология
  • Наблюдения за объектами проводятся с 1981 года.
  • Берлин
  • Гамбург
  • Вена
  •  

Актуальные правила по экологии в Германии

  • DIBtReferat 6. Требования  к строительным объектам на предмет воздействия на грунты и грунтовые воды
  • WHG. Закон о воде для технических нужд
  • Использование
  • Подключение
  • Утилизация
  • Договор и проект
  • Проект является основой и главной частью последующего договора
  • Документация для описания объекта или составления проекта
  • Ясность в постановке задачи для подрядчика
  • Технический способ и метод проведения работ
  • Описание отдельных этапов работ для составления сметы
  • Предусмотреть наличие дополнительных скрытых работ
  • 7.1. Проект
  • Описание работ
  • Условия договора
  • Согласование технических шагов
  • Составление сметы
  • Проект составляется согласно существующей и действующей нормативной базе.
  • Нормы и правила по утрамбовке и уплотнении грунтов
  • Нормы и правила по инъектированию
  • 7.2. Рекомендации по составлению проекта работ
  • Полное и подробное описание работ
  • Принять во внимание данные обследования грунта
  • Дать оценку по геологическому и геомеханическому отчету
  • Учитывать данные полевых и лабораторных обследований
  • Климат, осадки и температура на объекте во время проведения работ
  • Подъездные пути
  • Подключение объекта к коммуникациям. Вода, электричество
  • Утилизация материалов после проведения работ
  • Уровень и состояние грунтовых вод
  • Флора и фауна в зоне проведения работ
  •       – Локальное размещение объекта
  • – Документация по объекту
  • – Согласование работ и проекта с заказчиком
  • – Отдаленность места проведения работ от склада материалов на объекте
  • Рекомендация
  • Предварительный совместный осмотр объекта и места проведения работ с проектировщиком и заказчиком
  • Основные рекомедуемые шаги для составления сметы

 

  • Состояние объекта
  • – обустройство мест проведения инъекционных работ на каждой скважине
  • -размещение персонала, доступ к электричеству
  • Подготовка разрешительной документации согласно нормам и правилам работы с грунтовыми водами
  • Наличие все необходимой техники. Насосы, инструмент, материал, пики
  • Устройство пробных скважин
  • Установка пик. Глубина, количество пик
  • Гидроопробирование (при необходимости)
  • Доставка и складирование материала
  • Подготовка и проведение инъекционных работ
  • Время ожидания
  • – расположение скважин и доступ к ним
  • -время реакции инъекционного материала
  • Зарплата
  • Контроль качества. Расход, давление, продолжительность инъектирования
  • Указание: В зависимости от требований на объекте контроль подвижек и деформаций
  • 7.3. Расчетная база.
  • Обустройство участка проведения работ. Общая смета
  • Расположение участка работ
  • Наличие и применение техники и оснастки. Часы/смены
  • Устройство скважин или забивка пик. Количество, метраж
  • Установка пакеров. Количество
  • Гидроопробирование при необходимости. Часы, количество
  • Инъектирование. Часы, вес или объем закаченного материала
  • Демонтаж и удаление пик
  • Составление документации
  • 7.4. Рекомендации по мониторингу
  • До проведения инъекционных работ зафиксировать состояние рядом расположенных зданий и сооружений. Рекомендуется привлечение специалистов.
  • Составить программу мониторинга и контроля во время проведения работ. Можно использовать различную измерительную аппаратуру.