Применение специального раствора для закрепления грунтов

С использованием обсадных труб или под защитой глинистого раствора бурят инъекционную скважину

Работы по физико-химическому закреплению в большинстве случаев предусматривают инъекцию различных типов растворов в несвязанные грунты, которые обычно представляют собой напластования слоев имеющих различную проницаемость.

Толщина этих слоев может колебаться от нескольких сантиметров до нескольких дециметров. При пересечении инъекционными скважинами слоев с различной проницаемостью укрепляющий раствор попадает сначала в более проницаемые слои. Через некоторое время возникают значительные потери из-за большой длины потока, в результате чего давление повышается и становится возможной инъекция менее проницаемых слоев. При этом практически не удается предварительно установить неоднородность грунта, чтобы можно было подобрать соответствующую вязкость, время схватывания и расход. Поэтому при инъекции возникают случаи либо значительного поглощения раствора, либо некачественной пропитки грунта (образование неукрепленных участков). Этот способ инъекцирования эффективен, если грунт однороден, что бывает в очень редких случаях.

Поэтому с целью повышения эффективности способа грунтовый массив разбивается на зоны (заходки), которые инъецируют последовательно.

Конструкция инъекционной скважины Размеры зон устанавливают по результатам гидравлических опробования разведочных скважин и в зависимости от производительности нагнетательного оборудования. Обработка зон растворами обычно выполняется по одной из двух схем: нисходящей или восходящей.
Нисходящая инъекция выполняется в каждой зоне с последующим разбуриванием обработанного участка. При восходящей инъекции скважины бурят на всю глубину, а затем инъецируют зонами снизу вверх (от забоя к устью). Зону по ее границе последовательно разделяют специальным тампоном. Эта схема дает большие преимущества, так как позволяет разделить операции бурения и инъекцирования. Однако разделение зон возможно только тогда, когда удается надежно установить тампон на границе зоны, в противном случае раствор, проникая за тампон, может зацементировать всю скважину.

Рассмотренные выше приемы эффективны в грунтах, которые позволяют сохранить стенки скважин устойчивыми на период выполнения инъекционных работ. Неустойчивые грунты требуют применения более сложных и трудоемких технических приспособлений, позволяющих управлять инъекционным процессом. Так, инъекцию восходящими зонами выполняют при помощи обсадных труб, которые устанавливают на всю длину одной заходки (30-50 м) и одновременно нагнетают укрепляющий раствор. Этот метод не отличается надежностью, так как имелись случаи, когда раствор по затрубному пространству выходил на поверхность.

Описанные выше технические приемы инъецирования основаны на принципе пропитки укрепляющим раствором грунтового массива, а их эффективность зависит от характера пористости и проницаемости грунта. Поэтому при инъекции слабопроницаемых грунтов этими методами не достигается нужного эффекта, даже когда уменьшают расстояние между скважинами.

В случае слабопроницаемых пород достаточно эффективно применяется метод инъекции, основанный на предварительном разрыве грунта.

Инъекцию с образованием разрывных полостей ведут при помощи манжетных труб.

С использованием обсадных труб или под защитой глинистого раствора бурят инъекционную скважину (рис.). В нее устанавливают манжетную трубу с перфорацией, перекрываемой резиновыми манжетами. Промежуток между стенками скважины и манжетной трубой заполняют глиноцементным раствором, который после отвердения играет роль герметичной обоймы, препятствующей выходу инъецируемых растворов по контуру между трубой и породой.

Процесс инъекции начинается с разрыва глиноцементной обоймы при проникновении инъекционного раствора по резиновые манжеты, после чего происходит внедрение инъекционного раствора в грунт, с образованием полостей разрывов различной протяженности.

Манжетная технология позволяет вести выборочную инъекцию породного массива, что особенно важно ввиду его неоднородной проницаемости. При этом инъекцию можно проводить многократно, т.к. скважина остается свободной от раствора. Это позволяет проводить инъекцирование породного массива без бурения дополнительных скважин комплексом растворов, потому что, как показывает практика гидротехнического и горного строительства, инъекция комплексом растворов различных типов в определенной последовательности позволяет более активно и направленно использовать природные свойства грунта, усиливать и ослаблять влияние химико-минералогического состава, дисперсности и при этом придавать обрабатываемому грунту необходимую прочность и водонепроницаемость.

Кутипин А.А., Рубцов И.В., канд. техн. наук, профессор,
Рубцов ОМ., с.н.с, Неугодников А.П., Бутырский С.Н., асп.
«Строительная орбита»

Журнал "СЕВЕР строительный" № 8 август 2008 г.