Разработка и реализация методов стабилизации слабых грунтов органического происхождения (стр. 3 )

1) точная установка мешалки на рабочую позицию;

2) смесительный вал погружается на необходимую для укрепления грунта глубину, мешалки одновременно разрыхляют грунт;

3) по достижении проектной глубины бур постепенно выводят, одновременно заполняя шурф связующим в зернистой или порошковой форме;

4) мешалка вращается в горизонтальной плоскости, смешивая грунт со связующим;

А.3.2.2. Скандинавская технология.

Оборудование, используемое в скандинавских странах, позволяет формировать сваи на глубину до 25м и диаметром 0,6-1,0м. Сваи могут иметь отклонение до 70° от вертикали. Механизмы оборудованы одним смесительным валом с инъекционным соплом, расположенным на мешалке. Энергия смешения и количество подаваемого связующего измеряются и, в ряде случаев, контролируются автоматически, для того, чтобы грунт обрабатывался равномерно.

Мешалку погружают на проектную глубину, после чего подготовленное количество связующего подается по встроенной трубе с выпуском, расположенным на мешалке (на стадии возврата). На стадии возврата грунт и связующее непрерывно перемешиваются вращающейся мешалкой. Обе стадии могут быть повторены для той же позиции, если это необходимо.

Скорости вращения мешалки и ее возврата из шурфа регулируются так, чтобы получить однородную смесь, удовлетворяющую поставленной задаче. Трудозатраты по смешиванию, необходимые для изготовления сваи сухим способом, зависят от вида и количества связующего и типа грунтов. При использовании цемента требуется большая энергия смешения (по сравнению с известью). Также было разработано специальное контейнерное оборудование для воздуха и пыли.

А.3.2.3. Японская технология.

Существуют разновидности строительных машин, имеющих один или два смесительных вала. Каждый из валов в таких механизмах имеет несколько лопастей (возможный диаметр шурфа 0,8-1,3м) и может инъектировать сваи на глубину до 33м. Связующее, обычно порошковый цемент, подается в мешалку посредством сжатого воздуха. Гофрированный чехол, закрывающий каждый смесительный вал, предотвращает выброс воздуха, выходящего из-под земли. Мешалка оборудована несколькими пакетами смешивающих лопастей, что позволяет достичь однородности формируемой сваи. Инъекционные сопла расположены над и под лопастями мешалки на смесительном валу. Два смесительных вала фиксируются между собой на определенном расстоянии стальным брусом. Этот брус (а также иногда дополнительные свободно вращающиеся (произвольно или против хода) лопасти мешалки) нужен для того, чтобы на лопастях мешалки и на буре не скапливался налипший грунт. Давление воздуха и количество связующего контролируются автоматически, так достигается однородность формируемой сваи.

Связующее вводится на стадии погружения или же - как на стадии погружения, так и на стадии возврата.

1. Сравнение скандинавской и японской технологий сухого смешивания

Оборудование	Подробнее	Скандинавская технология кая технология	Японская технология
Смешивающий механизм	Количество смесительных валов	1	1-2
	Диаметр мешалки, м	0,4-1,0	0,8-1,3
	Максимальная глубина обработки, м	25	33
	Расположение инъекционного сопла	Верхняя пара лопастей мешалки	Нижняя часть бура и/ или лопастей мешалки (один или несколько)
	Давление подачи, кПа	Переменная 400-800	Максимум 300
Дозаторная установка	Удельная емкость, кг/мин	50-300	50-200

Типовые рабочие характеристики скандинавской и японской технологий приведены в табл. А.2.

Таблица 2. Типовые рабочие характеристики скандинавской и японской технологий сухого смешивания

Смешивающий механизм	Скандинавская технология	Японская технология
Скорость погружения смесительного вала, м/мин	2,0-6,0	1,0-2,0
Скорость возврата смесительного вала, м/мин	1,5-6,0	0,7-0,9
Скорость вращения лопастей мешалки,	100-200	24-64
Количество вращений лопасти на 1 п. м. глубины проходки (1)	150-500	≥274
Количество подаваемого связующего, кг/м глубины проходки	100-250	100-300
Скорость возврата/ проходки, мм/об	10-30	10-35
Фаза инъектирования	Обычно во время возврата	Во время проходки и/или возврата

1) Под количеством вращений лопасти понимают точное число смешивающих лопастей, проходящих сквозь 1 п. м. шурфа. Это число определяется по формуле: T=ΣM(Nd/Vd+Nu/Vu), где Т - количество вращений лопасти (шт/м), ΣM - общее количество смешивающих лопастей, Nd - скорость вращения лопастей во время проходки (об/мин), Vd - скорость проходки лопастей (м/мин), Nu - скорость вращения лопастей во время возврата (об/мин), Vu - скорость возврата лопастей (м/мин). Если раствор подается только на стадии возврата, Nd принимается равным нулю.

А.3.3. Влажное смешивание

А.3.3.1 Общие положения

Влажное смешивание выполняется в соответствии с некоторыми базовыми принципами, обобщенными на рис. А.6.

Рис. А.6. Функциональная схема выполнения глубинного смешивания влажным способом.

При влажном смешивании связующим обычно является цементный раствор. Если это необходимо, в раствор добавляют наполнители (песок и присадки). Точное количество инъектируемого раствора может варьироваться в зависимости от глубины. В случае, если подающее сопло механизма расположено под мешалкой, раствор не нужно добавлять на стадии возврата.

Поскольку применение шнековых буров может быть обосновано в случае с преимущественно зернистыми грунтами, возрастающая величина зерна и жесткость требуют более сложных смешивающих инструментов, оборудованных смешивающими и режущими лопастями разной формы и расположения. Приводы, вращающие бур, должны быть более мощными, чтобы перемолоть конгломераты грунта в однородную смесь с раствором.

Создается раствороподобная смесь (учитывается тип грунта и используемого раствора), которая твердеет в процессе гидратации. Прочность и водопроницаемость строго зависят от состава и свойств грунта (зернистости, содержания органических веществ, типа глин, формы, размеров и жесткости зерен), количества и типа связующего и процедуры смешивания.

Процесс влажного смешивания может быть прерван при условии, что раствор не начал твердеть, и продолжен с погружением мешалки минимум на 0,5м в уже обработанный грунт.

Помпы для подачи раствора в инъекционное сопло должны иметь достаточную вместимость (скорость подачи и давление), чтобы подавать проектное количество раствора без потерь.

Влажное смешивание применяют в центральной и южной Европе, Северной Америке и Японии.

А.3.3.2 Европейская технология

В Европе установка свай способом влажного смешивания выполняется как посредством шнековых буров (цельных или составных, одиночных или сгруппированных), так и посредством лопастных мешалок. Это зависит от состояния грунтов и целей строительства.

На укрепленных грунтах можно монтировать стеновые конструкции, стальные брусья, сетки или балки непосредственно на свежеуложенных сваях или других элементах. В процессе установки может потребоваться вибратор.

А.3.3.3 Японская технология

Технология влажного смешивания часто используется в Японии при строительстве и на суше, и в море. Для сооружений, располагаемых на суше, используют механизмы с одним, двумя или четырьмя смесительными валами. Мешалка оборудована несколькими пакетами смешивающих лопастей, что позволяет достичь однородности формируемой сваи. Два смесительных вала фиксируются между собой на определенном расстоянии стальным брусом. Этот брус (а также иногда дополнительные свободно вращающиеся (произвольно или против хода) лопасти мешалки) нужен для того, чтобы на лопастях мешалки и на буре не скапливался налипший грунт.

Количество вращений лопасти и количество связующего контролируются автоматически, так достигается однородность формируемой сваи. Устройство оборудовано несколькими смешивающими лопастями (возможный диаметр шурфа 1,0-1,6м), и может устанавливать сваи на глубину до 48м. Бур имеет несколько смешивающих лопастей, расположенных на разных уровнях.

При строительстве на море, для быстрой переработки больших объемов грунта используют крупнотоннажные рабочие судна, рис. А.7. На судне размещают мешалку, дозаторное устройство, контейнеры для хранения раствора и помещение для контрольно-измерительных приборов. Оборудование для морских работ обычно имеет больше двух смесительных валов. Оборудование для глубинного смешивания, которое на сегодня имеется в Японии, позволяет устанавливать сваи площадью поперечного сечения 1,5-6,9 кв. м. на максимальную глубину до 70м под уровнем моря.

Обозначения

1. Смесительные валы

2. Смешивающие лопасти

3. Силовая установка

4. Растворонасос

5. Стабилизатор давления

6. Кабина управления

Рис. А.7. Японское судно для производства работ по глубинному (влажному) смешиванию на море

Типовые характеристики процесса смешивания даны в табл. А.3 и А.4.

3. Основные возможности и рабочие характеристики европейской и японской технологий влажного смешивания

Оборудование	Подробно	На суше, Европа	На суше, Япония	На море, Япония
Мешалка	Количество насосных штанг мешалки	1-3	1-4	2-8
	Диаметр мешалки, м	0,4-0,9	1,0-1,6	1,0-1,6
	Максимальная глубина проходки, м	25	48	70 под уровнем моря
	Положение инъекционного сопла	На подающем стержне	На подающем стержне и лопастях	На подающем стержне и лопастях
	Давление подачи, кПа		300-600	300-800
Дозаторная установка	Объем контейнера с раствором, куб. м	3-6	3	3-20
	Удельная емкость, куб. м/мин	0,08-0,25	0,25-1,0	0,5-2,0
Контейнер с раствором	Максимальная вместимость, т		30	50-1600

4. Типовые рабочие характеристики европейской и японской технологий влажного смешивания

Мешалка	На суше, Европа	На суше, Япония	На море, Япония
Скорость проходки смесительного вала, м/мин	0,5-1,5	1,0	1,0
Скорость возврата смесительного вала, м/мин	3,0-5,0	0,7-1,0	1,0
Скорость вращения лопастей мешалки, об/мин	25-50	20-40	20-60
Количество вращений лопасти на п. м. проходки	по самому длинному шнековому буру	350	350
Количество инъектируемого раствора, кг/куб. м	80-450	70-300	70-300
Стадия подачи раствора	Проходка и/или возврат	Проходка и/или возврат	Проходка и/или возврат

А.3.4. Виды установки свай

В зависимости от целей глубинного смешивания применяют различные виды установки свай. См. рис. А.8-А.12. Если главной целью является минимизация усадки грунта, сваи обычно устанавливаются по сетке из равносторонних треугольников или квадратов. С другой стороны, если требуется укрепить канал или дамбу, сваи устанавливаются в стенах откоса перпендикулярно предполагаемой поверхности скольжения грунта. Дублирование свай особенно важно в случае, если они устанавливаются с целью сдерживания чего-либо.

Дублирование применяется при блокированном, стеновом и ячейковом способах установки. Пример установочной последовательности дублирующих свай для создания связанных стен показан на рис. А.10. Установка свай в различных (U-образных, эллиптических, радиальных) сетках создает эффективные барьеры против горизонтальных усилий разного характера (подпор грунта, поверхности скольжения и т. п.).