Различия методов струйного цементирования Jet-1, Jet-2 и Jet-3

Струйное цементирование впервые было опробовано в начале 90-х годов. С тех пор оно совершило настоящую революцию в сфере возведения фундаментов. Данная технология существенно расширила границы строительной отрасли, сделав возможным возведение зданий не только на прочных однородных породах, но и на нестабильных участках. И если раньше сложные геологические условия могли послужить причиной отказа от всего проекта, то с изобретением струйной цементации они просто перешли в разряд факторов, которые следует учитывать, но не более того.

Кардинальное отличие струйной цементации от других методов состоит в том, что армирующий элемент, вводимый в грунт, становится с ним единым геотехническим массивом, в то время как буронабивные сваи имеют чётко очерченные границы. Именно такой подход позволяет добиться максимальных прочностных характеристик зданий, построенных на нестабильных грунтах. Но этим сфера применения технологии Jet Grouting не ограничивается. С помощью струйной цементации можно оборудовать надёжные противофильтрационные завесы на обводненных участках. Хорошо показал себя данный метод и в условиях плотной городской застройки, когда работы нужно вести всего в нескольких метрах от фундаментов других зданий и есть риск повредить их.

Принцип струйной цементации

Системы Jet-1, Jet-2 и Jet-3 работают по одному общему принципу. Цементационный раствор нагнетается мощным насосом и разбрызгивается вокруг оси шнека. Кинетическая энергия струи очень высока, поэтому порода разбивается и смешивается со стабилизирующим раствором. Так образуется грунтобетон. Его несущая способность ничем не уступает традиционным буронабивным сваям, но при этом он обладает отличными противофильтрационными характеристиками и может быть образован без опасных для неплотного грунта механических воздействий.

Сооружение свай посредством струйного цементирования образно можно разделить на два этапа: погружение бурильной колонны и её подъём. В процессе погружения производится разбуривание породы и образование скважины проектного диаметра и глубины. Затем начинается обратный ход, во время которого из форсунок бьёт сильная струя бетонирующего раствора, дробящая породу и превращающая её в массивную грунтобетонную сваю. В диаметре такие сваи могут достигать 1,5 метра, а сама технология их образования называется «Mixed-In-Place».

Используемое оборудование

Базовый комплект состоит из таких единиц техники:

• буровая гидравлическая установка;
• силос;
• смесительная станция;
• насос для бетона.

Для реализации метода Jet-2 этот комплект нужно дополнить производительным компрессором. Jet-3, в свою очередь, потребует не только дополнительный компрессор, но и ещё один насос для увеличения давления в системе подачи стабилизирующего раствора. Кроме того, для покрытия потребности установки в бетоне потребуется смесительная станция, способная выдавать 15-22 м³/час.

Буровая установка для цементации методом Jet Grouting схожа по своему строению со стандартной, однако в ней есть одно важное отличие: внутри штанги имеется канал, а на конце смонтировано специальное устройство — монитор. Нагнетаемая инъекционным насосом смесь подаётся по каналу в монитор, где распределяется по форсункам. В форсунках энергия давления преобразуется в кинетическую, за счёт которой и происходит разрушение породы с последующим образованием единого грунтобетонного массива. Но на этом отличия не заканчиваются. Каждая буровая установка Jet Grouting снабжается автоматизированной системой подъёма колонны с постоянной скоростью. Это необходимое условие для создания однородных грунтоцементных свай.

За переключение между рабочим режимом, в процессе которого подаётся раствор, и циклом подачи промывочной жидкости отвечает автоматический клапан, встроенный в монитор. Что касается породоразрушающего инструмента, то он мало чем отличается от стандартных, используемых в обычных буровых установках. Подбирается долото в зависимости от твёрдости породы и ряда второстепенных факторов.

Различия между системами Jet-1, Jet-2 и Jet-3

Несмотря на общий принцип работы всех трёх систем струйной цементации, процесс дробления породы и её смешивания с подаваемым бетонным раствором организован в них по-разному. Однокомпонентная установка формирует сваи исключительно за счёт бетонирующей смеси, подаваемой к монитору под давлением и распыляемой вокруг буровой колонны. Jet-2 добавляет к стабилизирующему раствору ещё и мощную воздушную струю. А Jet-3 объединяет целых три воздействия на грунт: струю раствора, сжатый воздух и колоссальный напор воды. Соответственно, штанга Jet-1 является одноканальной, Jet-2 двухканальной, а Jet-3 трёхканальной.

С повышением сложности конструкции фундамента растёт и диаметр свай. Каким бы высоким ни было нагнетаемое давление, один лишь бетонный раствор не в состоянии разрушить грунт в широком радиусе вокруг буровой колонны. Лишь добавление водно-воздушной струи позволяет добиться эффективного разрушения грунта и образования сплошных бетонных свай большого диаметра.

Так чем же отличаются друг от друга три различных метода? Рассмотрим специфику каждого из них по отдельности.

Jet-1 (однокомпонентная система)

Самый распространённый, бюджетный и простой вариант. Для его реализации необходимо снабдить буровую установку шнеком, имеющим внутри полость для подачи цементационного раствора. Также понадобится средне-производительный бетононасос, купить который можно у любой компании, специализирующейся на продаже б/у бурового оборудования. Основное требование к нему — способность нагнетать давление в 500 атмосфер. Этого будет вполне достаточно, чтобы бетонная смесь, выходящая из форсунок, обретала достаточную кинетическую энергию для эффективного разрушения грунта.

Поскольку струйная цементация с использованием установки Jet-1 осуществляется исключительно усилиями струи цементирующего раствора, это накладывает на данный метод некоторые ограничения. Так, к примеру, работа в малопроницаемых грунтах глинистого типа может стать проблемой. Процесс цементирования замедляется, а диаметр свай уменьшается соразмерно плотности породы.

Требуемое оборудование:

• буровая гидравлическая установка;
• бетоносмесительная установка;
• насос для бетона;
• шнек с одним внутренним каналом.

Предельный диаметр возводимых свай:

• в песчаных породах: 800 мм;
• в глинистых породах: 600 мм.

Инструмент для струйной цементации Jet-1

Jet-2 (двухкомпонентная система)

Как и в установке Jet-1, цементационный раствор выпрыскивается из форсунок в грунт под углом 90° относительно буровой колонны. Однако в данном случае к смеси подмешивается мощная струя сжатого воздуха, способствующая её проникновению в грунт. Чтобы реализовать такой подход, помимо насоса для бетона станцию струйной цементации нужно доукомплектовать ещё и мощным воздушным насосом. Кроме того, в шнеке предусматривается не один, а два канала: один для бетонной смеси, другой — для подачи воздуха. На мониторе размещаются дополнительные воздушные форсунки. Подаваемый через них воздух значительно повышает производительность установки и увеличивает диаметр грунтобетонных свай.

Требуемое оборудование:

• буровая гидравлическая установка;
• бетоносмесительная станция;
• насос для бетона;
• компрессор;
• двухканальный шнек.

Предельный диаметр получаемых свай:

• в песчаной почве: 1500 мм;
• в породах глинистого типа: 1100 мм.

Инструмент для струйной цементации Jet-2

Jet-3 (трёхкомпонентная система)

Данный метод является самым производительным, но при этом и самым дорогостоящим. Он задействует целый комплект оборудования, включающий в себя три разновидности насосов: для рабочей смеси, для воздуха и воды. Jet-3 отличается также повышенным расходом цементационного раствора. Но такой подход вполне оправдан, когда проектом предусмотрено не образование грунтобетона, а полная замена разбуриваемого грунта цементом.

Если в однокомпонентных и двухкомпонентных установках разрушение породы всегда происходит с участием цементационного раствора, то система Jet-3 использует для этого водно-воздушную струю. Подаваемый раствор не смешивается с грунтом, а полностью заполняет собой образовавшуюся в нём полость. Это позволяет создавать массивные бетонные сваи большого диаметра, не содержащие посторонних примесей.

Итак, Jet-3 — это уникальная по своей сути технология, позволяющая полностью замещать грунт бетонным раствором. Это позволяет возводить надёжные фундаменты даже на слабых неоднородных грунтах с полостями и включениями карста.

Требуемое оборудование:

• гидравлическая буровая установка;
• бетоносмесительная станция;
• насос для бетона;
• воздушный компрессор;
• водяной насос;
• трёхканальная штанга.

Предельный диаметр образуемых цельнобетонных свай:

• до 2500 мм.

Заключение

Как видим, каждая отдельно взятая система имеет свои особенности и ориентирована на свой спектр задач. Jet-1 хорошо справляется с оборудованием противофильтрационных завес и укреплением оснований. Двухкомпонентная система Jet-2 отличается возможностью возводить сваи крупного диаметра и отлично подходит для реализации проектов массивных сооружений. Реже всего используется Jet-3, ведь данная технология требует задействовать комплект дорогостоящего оборудования. Однако без использования высокопроизводительных трёхкомпонентных систем попросту не обойтись при возведении крупных зданий на нестабильных грунтах.