Jet-grouting

1. PREDSTAVITEV JET GROUTING TEHNOLOGIJE


Jet grouting je ena novejših tehnologij na področju injektiranja temeljnih tal z visokimi pritiski. Uporablja se za poboljšanje karakteristik temeljnih tal. Osnova tehnologije temelji na potiskanju injekcijske mase pod visokimi pritiski ( 300 do 700 bar) skozi vrtalno drogovje v globino in skozi šobe ob rotaciji drogovja v okolje. Na ta način se poruši osnovna struktura temeljnih tal okolja, posamezna zrna zemljine se pomešajo z injekcijsko maso in v temeljnih tleh dobimo okrog injekcijske vrtine slop poboljšanih fizikalnih karakteristik v temeljnih tleh.

Najpogosteje se uporabljajo vodo–cementne mase, lahko pa tudi vodo-cementno-bentonitne mase.

Prednost te metode je, glede klasičnega injektiranja je v tem, da curek injekcijske mase razruši okolna tla,ter je primerna tako za grobo kot drobno zrnata tla in celo za srednje mehka in kohezivna tla. Seveda je potrebno glede na sestavo tal izbrati ustrezno tehnologijo jet grouting postopka.
Ločimo tri različne tehnologije jet grouting postopka, ki omogočajo na enostaven in poceni način ali pa na tehnološko bolj zahteven in dražji način poboljšanje mehanskih lastnosti v praktično vseh vrstah temeljnih tal.

Prikaz jet grounting postopka
Slika 1: prikaz jet grounting postopka


2. TIPI TEHNOLOGIJ JET GROUTING POSTOPKA


Zaradi nenehnega razvoja jet grouting tehnologije in teženja k maksimalnemu premeru slopa, so se do danes razvile tri različice tehnologije.
Za vse tri različice v splošnem velja, da tekoči medij pod visokimi pritiski z veliko hitrostjo skozi šobe na dnu vrtalnega drogovja ruši ter reže prvotno raščeno strukturo tal, jo zmeša z injekcijsko maso in končno s strjevanjem in vezanjem poboljša njene geomehanske oziroma fizikalne lastnosti. Ob istočasni rotaciji se formira okrogla struktura (slop ), brez rotacije pa samo zavesa.

2.1 ENOFAZNA TEHNOLOGIJA INJEKTIRANJA PO METODI JET GROUTING (T1)

Pri enofazni tehnologiji se za injektiranje uporablja mešanica vode in cementa, ki se jo pod tlakom prib. 400 bar-ov vbrizgava v tla, kjer se meša z delci zemljine. Vrtanje pri tej tehnologiji je prvenstveno rotacijsko, z uporabo križnih dlet različne izvedbe, lahko pa je tudi udarno. Nad vrtalnim dletom se nahajajo 2 do 4 injekcijske šobe, odvisno od namena in cilja injektiranja. Vrtalno drogovje je enojno (z eno notranjo odprtino), premera 60 mm ali več. Za samo vrtanje vrtin se lahko uporabljajo vsi postopki, z izjemo cevljenja, ki bi onemogočilo izvedbo injektiranja. Pri tej tehnologiji se doseže premer slopov od 40 do 80 cm, odvisno od granulacijske sestave zemljine.

Parametri, ki vplivajo na velikost izdelanega premera slopa:

  • tlak injektiranja
  • število in velikost odprtin/šob
  • vodocementni faktor injekcijske mase
  • hitrost dvigovanja drogovja
  • trajanje rotacije (št. obratov)
  • poraba mase
Injekcijska masa
Slika 2: enojno drogovje
2.2 DVOFAZNA TEHNOLOGIJA (T1/B, T1/S)

V geotehnični praksi sta razviti dve različici te tehnologije, T1/B in T1/S:

• DVOFAZNA TEHNOLOGIJA INJEKTIRANJA S CURKOM T1/B

Pri tej različici tehnologije se istočasno uporabljata dva fluida, voda in injekcijska masa. Skozi višje nameščene šobe pri tej tehnologiji brizga voda pod pritiskom 400 do 500 barov, ki zemljino ruši in istočasno izpira manjše frakcije (glina, melj, mulj) iz vplivnega področja injektiranja. Skozi nižje nameščene šobe vrtalne glave v zemljino istočasno vtiskamo injekcijsko maso pod nižjimi pritiski (prib. 50 do 70 barov), ki se meša z že razrušeno zemljino. Takšna kombinacija injektiranja s curkom omogoča dobro mešanje mase in tal, zato je tudi premer, ki ga lahko dosežemo nekoliko večji (40 do 100 cm). Glede na to, da se tudi tukaj drogovje dviguje z dna vrtine, lahko injekcijsko maso v vrtino vtiskujemo pod nižjimi tlaki, saj vstopa v prostor, ki je že razrušen s predhodnim delovanjem vode. Potrebno je dvojno drogovje, saj skozi en del vstopa voda, skozi drugega pa injekcijska masa.

• DVOFAZNA TEHNOLOGIJA INJEKTIRANJA S CURKOM T1/S

Tukaj se v vrtino ločeno dovaja komprimirani zrak pod tlakom do 14 barov (odvisno od kompresorja), ki ruši zemljino, hkrati in na isto mesto pa se dovaja tudi injekcijska masa, pod tlaki med 50 in 70 bari (enako kot pri T1/B tehnologiji). Premer dobljenih slopov zaradi kombiniranega delovanja zraka in injekcijske mase je še nekoliko večji, med 60 in 140 cm, vrtalno drogovje je ravno tako potrebno dvodelno, sam postopek injektiranja pa je ločen od postopka vrtanja. Tako tukaj najprej izdelamo vrtino, šele nato spustimo notranje drogovje, skozi katerega poteka injektiranje.

Pri dvofazni tehnologiji sta poleg 6 parametrov prisotna še dva dodatna parametra, ki vplivata na velikost premera slopa:

  • pritisk in pretok zraka
Dvojno drogovje
Slika 3: dvojno drogovje

V podjetju Geoinvest izvajamo eno fazne in dvo fazne tehnolohije izdelave jet grouting pilotov.

2.3 TROFAZNA TEHNOLOGIJA (T2)

Zadnja metoda jet grouting injektiranja je trofazna metoda, pri kateri se zemljina ruši pod vodnim pritiskom med 400 do 600 bari. Rušenje in povečevanja vplivnega premera se pospešuje z dodajanjem zraka, ki vstopa neposredno preko zgornjih šob (tlaki med 6 in 10 bari), masa pa vstopa skozi spodnje šobe pri tlaku 50 do 70 barov. Tehnologija in sama izvedba je nekoliko bolj zapletena (podobna tehnologiji T1/S), saj je potrebno najprej ločeno izvrtati vrtine do želene globine, nato pa v vrtino spustiti trodelno vrtalno drogovje, skozi katerega dovajamo vodo, zrak in injekcijsko maso. Kombinacija treh medijev pri tej tehnologiji omogoča izdelavo pilotov premera 140 do 200 cm.

Pri trofazni tehnologiji pa na velikost premera slopa vpliva kar 10 parametrov:
  • tlak injektiranja
  • število in velikost odprtin/šob
  • vodocementni faktor injekcijske mase
  • hitrost dvigovanja drogovja
  • število obratov na istem mestu
  • tlak vode
  • premer in število odprtin/šob za prehajanje zraka
  • pritisk in pretok zraka
Trojno drogovje
Slika 4: trojno drogovje


PODROBNEJŠI PREGLED POSTOPKA VRTANJA PRI ENOFAZNI TEHNOLOGIJI


Postopek vrtanja
Slika 5: postopek vrtanja


A. VRTALNA OPREMA ZA IZDELAVO JET GROUTING PILOTOV


Za izvedbo jet grouting pilotov je potrebna vrtalna garnitura s specialno opremo in pripadajoča visokotlačna črpalka ter mešalec injekcijske mase.

Opremo za jet grouting sestavljajo:
  • silos za cement
  • avtomatska mešalna postaja
  • visokotlačna črpalka
  • hidravlični lafetni vrtalni stroj
  • vrtalno drogovje z vrtalno glavo, ki je sestavljena iz vrtalnega dleta, zapornega ventila in šob

Postavitev jet grounting opreme
Slika 6: postavitev jet grounting opreme

• PRIPRAVLJALNA DELA


- ZAKOLIČBA
Pred pričetkom del se izvede geodetska zakoličba jet grounting slopov; pri izdelavi jet grouting stene navadno geometer zakoliči os slopov ali pa sam razdeli dolžino na projektirani raster slopov.

- DELOVNI PLATO
Za izvedbo JG pilotov je potrebno pripraviti delovni plato kot je razvidno iz projekta, oziroma po navodilih izvajalca del. S planiranjem platoja naj se zagotovi razmeroma ravno in trdno podlago za delovanje vrtalnega stroja; ni potrebna zelo velika natančnost, saj se med izvedbo plato deformira.
V primeru, kadar je plato narejen poleg strme brežine, je pri izdelavi platoja zelo pomembno, da je njegov rob proti brežini narejen tako, da bo onemogočal iztekanje/prebijanje mase skozi brežino. Med izvedbo del je torej potrebno kontrolirati brežino pod delovnim platojem in v kolikor bi prišlo do iztekanja mase zaradi npr. porušitve tal med injektiranjem, ali zaradi prelivanja preko delovnega platoja ali zaradi drugih vzrokov, je treba injektiranje začasno prekiniti in z deli do nadaljnega nadaljevati na drugem odseku.
Širina delovnega platoja naj bo prilagojena tipu vrtalnega stroja in oblikovanosti obstoječega terena. Delovni plato naj bo cca 0,5 m nad koto vrha pilota.
V kolikor je izlitje mase veliko, je potrebno čiščenje in obnavljanje platoja že med izvedbo.

- POSTAVITEV VRTALNE GARNITURE
Pri postavitvi jet grouting opreme na gradbišču moramo paziti, da se le to postavi v pravilnem vrstnem redu. Namreč, iz silosa se cement transportira po polžnem transporterju do mešalne postaje, črpalka pa črpa preko sesalne cevi maso iz agitatorja v mešalni postaji.

Postavitev potrebne jet grounting opreme
Slika 7: postavitev potrebne jet grounting opreme

- VRTALNI STROJ NA PREDVIDENO LOKACIJO
Na pripravljenem delovnem platoju in z zakoličenimi značilnimi točkami se lahko delo pri izvedbi JG pilotov začne. Vrtalni stroji preko lafete omogočajo vrtanje v vseh smereh, pod različnimi koti v vseh vrstah zemljin oziroma kamenin.

Vrtalni stroj C6
Slika 8: vrtalni stroj C6


• VRTANJE INJEKCIJSKIH VRTIN


Vrtanje se začne izvajati s kote delovnega platoja, ki mora biti cca 60 cm višje od vrha jet slopa. Poteka z uporabo različnih vrst dlet za vrtanje. Izpiranje izvrtanine poteka tako, da voda potiskana iz visokotlačne črpalke skozi drogovje in dleto pod pritiski cca 30 bar hladi dleto in iznaša delce izvrtanine na površino. Premer vrtanja znaša 100 do 150 mm. Izbira tipa dleta in premera je odvisna od geološke sestave tal za vrtanje. Največkrat se uporablja krilna dleta z vidia noži za vrtanje. Režim vrtanja opredeli geovrtalec v smislu doseganja največjih napredkov z izbranim vrtalnim strojem. Po dosegu globine, predvidene po projektu, skozi drogovje se namesto vode potiska injekcijska masa pod pritiskom cca 400 bar. S posebnim ventilom nad vrtalnim dletom se tok injekcijske mase pri tlaku cca 50 bar preusmeri na izhod skozi 2 do 4 šobe premera 1,8 do 3 mm. Iste so vgrajene vertikalno na os vrtanja tako, da masa z svojo hitrostjo in energijo reže in razruši raščeno strukturo okolne zemljine. Ob istočasnem rotiranju in izvleku se v tleh formira okrogla struktura – mešanica injekcijske mase in terena.


• PRIPRAVA CEMENTNE INJEKCIJSKE MASE


Cementno maso se pripravi v mešalni postaji.

Trojno drogovje
Slika 9: mešalna postaja


A … TURBO MEŠALEC
B … REZERVOAR ZA VODO
C … ČRPALKA ZA MEŠANJE
D … AGITATOR

Cement se transportira po polžu iz silosa v turbo mešalec v mešalni postaji, v katerega smo pred tem že dovedli določeno količino vodo iz rezervoarja. Količina cementa se določi na osnovi s projektom določenega vodocementnega razmerja injekcijske mase. To razmerje se določi na osnovi izkušenj ali na osnovi preiskav za doseganje zahtevanih karakteristik jet slopov. Računalniški program mešalne postaje na osnovi teže odtehta določeno količino vode in potrebno količino cementa v turbo mešalec. Mešalna postaja avtomatično ponavlja cikluse mešanja. V mešalcu se masa zmeša in prečrpa v agitator. Priprava mase poteka že med vrtanjem vrtine. Dokler vrtina ni izvrtana do dna se masa meša v agitatorju. Takoj, ko dosežemo projektirano globino vrtanja maso potrebujemo za izvedbo jet postopka. Pripravljeno injekcijsko maso visokotlačna črpalka po sesalni cevi in preko visokotlačnih cevi ter vrtalnega drogovja skozi šobe potiska v vrtino, oziroma v okoliša tla.

Visokotlačna črpalka P 700 METAX - CIMA
Slika 10: visokotlačna črpalka P 700 METAX - CIMA


INJEKTIRANJE PO JET GROUTING POSTOPKU


V trenutku ko masa doseže avtomatski ventil nad dletom zapre pretok mase skozi dleto in ga preusmeri skozi šobe. Delovni pritisk črpalke zraste na cca 400 bar. Število, premer in postavitev šob je odvisna od karakteristik črpalke, zahtevane porabe mase in tehnologije jet postopka. Hkrati s tem se prične vrtalno drogovje s sočasnim konstantnim rotiranjem dvigovati z dna vrtine v pravilnih višinah dviga, ki se ga nastavi na avtomatski dvig. Na ta način se izdela valjasto obliko izdelanega slopa različnih premerov. Injekcijski tlaki, hitrost dvigovanja drogovja, tehnologija izvedbe in lastnosti materiala vplivajo na premer izdelanih slopov. Pri izdelavi neprepustnih lamelnih zaves pribor v vrtini ne rotira, ampak se samo izmenično obrača za kot, ki je predpisan in določen s pogoji izvedbe (projekt), drugače je hitrost izdelave slopa odvisna od višine koraka med injektiranjem (4,00 do 12,00 cm) in trajanja koraka v sekundah (med 5 in 10 sec) oziroma od kapacitete črpanja visokotlačne jet grouting črpalke.

Vrstni red izvajanja pilotov se prilagodi, praviloma se izvaja vsak drugi pilot, v primeru sipkih zemljin pa vsak tretji ali celo četrti pilot.

• ARMIRANJE


V sveže injektiran slop se vgradi armaturna palica (ali šop armaturnih palic), katere premer in dolžina sta določena po projektu.

Armatura se lahko vgrajuje na dva načina:
  • z ročnim potiskanjem in zabijanjem v svežo injekcijsko maso ali
  • po postopku, kjer se ponovno povrtava s svežo injekcijsko maso do dna vrtine, vendar vrtalno dleto zamenjamo s krono ter armaturo vgradimo skozi vrtalno drogovje; na koncu vrtalno drogovje izvlečemo iz vrtine.

A. SPREMLJAVA KAKOVOSTI MED IZVEDBO


Izvajalec del mora med samim izvajanjem kontrolirati:
  • geološko sestavo tal na osnovi vrtanja
  • parametre izvajanja (delovni pritisk na črpalki,pri vrtanju in izvedbi postopka, hitrost vrtanja, hitrost dvigovanja vrtalnega drogovja, število obratov drogovja na eni stopnji, porabo cementne suspenzije, kvaliteto mase, porabo mase) in
  • odvzem vzorcev injekcijske mase za preiskave

B. KONTROLA KAKOVOSTI


Posebni standardi, ki bi zajemali področje jet grouting injektiranja ne obstajajo.To področje delno pokrivajo različni pravilniki, npr. PRAVILNIK ZA BETON IN ARMIRAN BETON, pri slopih obremenjenih na nateg PRAVILNIK O PREDNAPETIH KONSTRUKCIJAH ter obilo izkušenj. Najpogostejša oblika kontrole izvedenih del predstavlja PROGRAM TEKOČE KONTROLE IZVEDBE INJEKTIRANJA S CURKOM ali izvedba preizkusnih jet slopov, odkop in meritve fizikalnih karakteristik izvedenih slopov.

Jet grouting slope je izredno težko nadzirati pri izvedbi glede kakovosti (premer, dosežena kvaliteta slopa), posebno če upoštevamo zelo možnosti geoloških pogojev. V praksi je uveljavljena metoda ugotavljanja kvalitete jet grouting pilota z odvzemom vzorcev iz poskusnega pilota.

Za ovrednotenje kakovosti jet grouting kompozita je torej potrebno izvesti poskusni slop dolžine predvidene po projektu. Lokacijo slopa določi geomehanski nadzor, ponavadi v karakteristični zemljini. Na poskusnem slopu se vzame vzorce valjev za preizkus tlačne trdnosti; izvrši se tudi vizualna ocena homogenosti, oblike in meritve premera slopa.

Vzorce odvzame pooblaščena organizacija, ki jih v laboratoriju pregleda, določi prostorninsko maso ter preišče njihovo tlačno trdnost.

Poleg preiskave tlačne trdnosti vzorcev poskusnega slopa, se preišče tudi vzorce odvzete injekcijske mase, ki jih izvajalec del odvzame med samim postopkom priprave mase. Rezultat preiskave injekcijske mase je tlačna trdnost po 28 dneh v MPa.

Za vse ostale materiale, ki se še uporabljajo v jet grouting postopku, je potrebno pridobiti vse potrebne teste (izjava o skladnosti za cement, certifikat o skladnosti za cement, rezultati preizkušanja armature).

C. PODROČJA UPORABNOSTI


Popularnost te metode v zadnjem času narašča, saj je njena uporaba oz. aplikacija razmeroma preprosta, hitra in učinkovita. Poleg zaščite gradbenih jam, kjer se ta metoda praviloma uporablja za zaščito brežine vkopa, je s to metodo mogoče izvajati še naslednja dela:
  • doseči poboljšanje nosilnosti in strižnih lastnosti tal,
  • podbetonirati in temeljiti objekte s slopi,
  • povečati nepropustnost nasipov in raščenih tal,
  • podinjektirati tunele in vkope (iz tunelskega dela ali površine),
  • konsolidacijsko injektiranje za poboljšanje nosilnosti tal in naknadno temeljenje,
  • antierozijsko in vodonepropustno injektiranje obal, nasipov, brežin …
  • zavarovanje gradbenih jam, sanacija in stabilizacija brežin ter
  • priprava vrtin in injektiranje veznega dela pri izdelavi sider v slabo nosilnih tleh.


-->
  • AC Gruškovje 2016

  • Župnišče Rakovnik 2016

  • Tolmin 2016

  • Dobrova 2016

  • Ponikovalnica Vilharjeva Lj 2016

  • Bela Hiša Gerbičeva Lj 2016

  • Janaf - otok Krk (HR) 2016

  • Mahovljani BiH

  • Most Drivuša (BiH) 2015

  • Perin Han (BiH) 2015

  • Purači (BiH) 2015

  • Planica 2015

  • Krka Novo Mesto

  • Acroni Jesenice 2015

  • Gruškovje 2015

  • NE Krško 2015