Приложение 2 (рекомендуемое). Цементационные работы в особых природных условиях

Приложение 2
(рекомендуемое)

Цементационные работы в особых природных условиях

Общие положения

1. К цементационным работам в особых природных условиях следует относить случаи выполнения цементации:

в трещиновато-пористых грунтах;

в грунтах с крупными трещинами и пустотами;

в условиях высоких скоростей движения подземных вод;

в грунтах, содержащих несцементированный заполнитель пустот.

2. Цементационные работы в особых природных условиях, как правило, связаны с выполнением дополнительных производственных операций, или с применением особых материалов, или с использованием особых технологических приемов цементации.

3. Ввиду малого опыта производства цементационных работ в особых условиях проект должен быть обоснован результатами опытных работ, проведенных в природных условиях объекта, а также содержать подробное изложение технологии цементации и вспомогательных работ.

Требования, изложенные ниже, в п.п. 4-20, предусматривают выполнение работ в особых условиях в тех случаях, когда эти условия обнаруживаются в процессе производства работ.

Цементация трещиновато-пористых грунтов

4. К трещиновато-пористым следует относить грунты, в которых наряду с трещинами содержатся мелкие поры разных форм или мелкие каверны, проницаемые для воды и практически не проницаемые для нестабильных растворов.

Трещиноватые грунты, пересеченные частой сетью тонких трещин (с раскрытием менее 0,1-0,2 мм), также следует относить к трещиновато-пористым грунтам.

Типичными представителями трещиновато-пористых грунтов являются слабо сцементированные песчаники, пористые или мелкокавернозные известняки и доломиты, известняки-ракушечники, неплотные туфы и туфобрекчии, гранитная дресва.

При наличии нецементируемой пористости эффект цементации цементными растворами снижается вследствие отфильтрования воды из раствора при его прохождении по трещинам и, как следствие, из-за сгущения и уменьшения дальности распространения раствора.

В процессе цементации основными признаками, свидетельствующими о наличии трещиновато-пористых пород, следует считать:

малые поглощения цемента по сравнению с удельным водопоглощением грунтов, быстрое уменьшение расхода и наступление отказа при нагнетании цементных растворов с высокими В/Ц.

5. Для повышения эффективности цементации трещиновато-пористых грунтов следует применить один из следующих способов:

предварительную (перед нагнетанием цементных растворов) силикатизацию грунтов;

нагнетание цементных растворов с повышенным количеством добавки бентонита;

нагнетание стабильных бентонито-силикатных растворов или растворов с аналогичными свойствами.

Наиболее исследованным способом является предварительная силикатизация грунтов, положительное действие которой проверено в скальных грунтах с развитой трещиноватостью при небольшом содержании мелкой пористости.

Цементацию растворами с большими добавками бентонита и стабильными растворами следует применять в грунтах, имеющих кроме трещин значительное количество пустот в виде пор и мелких каверн. Вследствие меньшей изученности этих растворов их применение должно основываться на результатах специальных лабораторных, экспериментальных и опытных натурных исследований.

6. В случае назначения предварительной силикатизации грунтов после проведения гидравлического опробования в скважину следует нагнетать силикатный раствор плотностью и с коагулирующей добавкой.

В качестве коагулирующей добавки следует применять неорганические соли (фосфатные, карбонатные, сульфат алюминия, алюминат натрия).

Количество коагулирующей добавки должно быть подобрано на основе лабораторных исследований, учитывающих реакционную активность цементируемых пород, химический состав и температуру подземных вод.

Прочность силикатного геля, образующегося после коагуляции силикатного раствора, должна быть в пределах 10-100 Па; время гелеобразования следует назначать 30-60 мин.

Объем силикатного раствора, одновременно вводимого в зону пятиметровой длины, следует устанавливать, л:

при удельном водопоглощении:	0,05-0,1 л/(мин x м2)	(5-10 люжонов) - 100-200
	0,1-0,2 л/(мин x м2)	(10-20 люжонов) - 200-400
	0,2-0,3 л/(мин x м2)	(20-30 люжонов) - 400-600

Цементация пород должна производиться по истечении 1-2 ч после введения силикатного раствора.

7. Бентонито-цементные растворы, применяемые взамен цементных растворов, должны иметь соотношения бентонита к цементу в пределах от 0,1 до 0,5 (по массе) и подвижность по конусу АзНИИ в пределах 16-24 см.

Нагнетание раствора следует вести до наступления отказа или до введения перерыва, предусмотренного п. 14.12 Норм.

8. Бентонито-силикатные растворы следует приготовлять путем добавления в бентонитовые растворы силиката натрия (жидкого стекла плотностью 1,38 ) в размере 0,5-5% от веса бентонита; подвижность раствора должна быть в пределах 16-24 см; по истечении 10 суток прочность раствора должна быть не ниже 100 Па.

Бентонито-силикатные растворы следует применять в качестве доводочного раствора в том случае, если применение цементных или бентонито-цементных растворов не обеспечивает требуемого проектом снижения водопроницаемости трещиновато-пористых грунтов.

Бентонито-силикатные растворы следует применять для нагнетания в скважинах последней очереди или в среднем ряду трехрядной завесы после выполнения цементации скважин первых очередей или скважин наружных рядов трехрядной завесы цементными или бентонито-цементными растворами.

Нагнетание бентонито-силикатного раствора производится до отказа, а в случае неснижающегося поглощения раствора - до введения 0,5 раствора на 1 м длины зоны скважины, после чего производится нагнетание цементного или бентонито-цементного раствора до отказа.

Цементация крупных трещин и пустот

9. Крупными следует считать трещины и пустоты, характеризующиеся размерами раскрытия более 5-10 мм и удельным водопоглощением (для пятиметровой длины зоны) более (100-200 люжонов).

Цементация крупных трещин и пустот, выявленных и оконтуренных в период изысканий, должна выполняться по специальному проекту, предусматривающему средства и методы заполнения крупных пустот в соответствии с назначением цементации.

При цементации крупных трещин и пустот, выявленных в процессе цементационных работ, должны соблюдаться указания п.п. 10-13 настоящего приложения.

10. При обнаружении крупных пустот необходимо совместно с геологической службой строительства установить, по возможности, характеристики обнаруженных пустот: их размеры, форму и распространение в пространстве, сообщаемость с другими пустотами.

При обнаружении в пустотах больших скоростей движения подземных вод следует руководствоваться требованиями и указаниям п.п. 14-17 настоящего приложения.

11. Для цементации крупных пустот должен быть использован один из следующих видов раствора:

нестабильный цементно-песчаный;

нестабильный цементно-зольный;

стабильный цементно-глинистый.

Цементно-песчаные растворы должны удовлетворять следующим требованиям:

крупность частиц песка, добавляемого в раствор, не должна превышать 1 мм;

соотношение цемент:песок в растворе должно быть в пределах от 1:1 до 1:3.

Состав цементно-зольного и цементно-глинистого растворов подбирается лабораторными исследованиями в соответствии с указаниями, приведенными в приложениях 3 и 8 настоящих Норм.

12. Нагнетание раствора при заполнении крупных пустот следует производить:

в начальной стадии при большом расходе раствора и, как правило, при отсутствии давления на устье скважины - с перерывами нагнетания на 4-24 ч после введения каждых 5-10 т твердого материала;

в завершающей стадии после появления давления и его постепенного подъема - непрерывно до наступления отказа.

13. Как правило, после заполнения крупных пустот в месте их обнаружения должна назначаться дополнительная (контрольная) скважина, по результатам опробования и цементации которой устанавливается степень заполнения крупной пустоты.

Цементация грунтов при высоких скоростях движения подземных вод

14. При высоких скоростях подземных вод свыше 2400 м/сут цементация обычными приемами становится затруднительной или невозможной из-за выноса цемента фильтрационным потоком без его осаждения в пустотах.

15. В случае обнаружения высоких скоростей движения подземных вод необходимо применять для цементации растворы, способные образовать в пустотах пробки и преграды, например: песчаную пульпу, песчаную пульпу с добавкой опилок, волокнистых материалов, шлака, резиновой крошки, быстросхватывающиеся смеси (БСС), комбинации указанных выше растворов.

Применяемые растворы должны иметь предельно густое водотвердое отношение, допускающее прокачивание раствора насосом.

16. Цементация должна производиться методом последовательного сближения скважин с тем, чтобы данные бурения и цементации каждой последующей очереди скважин контролировали результат цементации скважин предшествующей очереди.

17. Подавление фильтрационных потоков с высокими скоростями подземных вод рекомендуется производить через дополнительный ряд скважин, расположенный со стороны нижнего бьефа от завесы, с тем, чтобы после снижения скоростей подземных вод цементационные работы по основному ряду скважин были проведены по нормальной технологии.

Цементация грунтов, содержащих несцементированный заполнитель пустот

18. При наличии в цементируемых грунтах крупных трещин и пустот шириной более 5-10 см, заполненных несцементированным песчаным, пылеватым или глинистым грунтом, по решению проектной организации могут быть назначены вспомогательные мероприятия для повышения плотности заполнителя, перечисленные в п.п. 19-20 настоящего приложения.

При проведении укрепительной цементации основания сооружения в особых случаях по решению проектной организации могут быть предусмотрены предварительный размыв и частичное удаление заполнителя путем циркуляции водовоздушной смеси через сообщающиеся скважины.

Ввиду недостаточного опыта производства работ по удалению заполнителя и неоднозначной эффективности результатов работ удаление заполнителя должно выполняться по специальному проекту, разработанному на основе проведения опытных работ в натурных условиях.

19. В цементируемой зоне, содержащей трещину или пустоту с заполнителем, после бурения и промывки должна быть выполнена дополнительная интенсивная промывка восходящим потоком воды по скважине или промывка зоны скважины водовоздушной смесью через эрлифт, обеспечивающая удаление заполнителя из окрестности скважины в случае его рыхлого легкоразмываемого состояния.

Промывка ведется до появления на поверхности осветленной воды.

20. После проведения промывки для обжатия сохранившегося заполнителя должна быть проведена многократная цементация зоны с гидравлическим разрывом заполнителя.

На каждом этапе многократной цементации нагнетание раствора должно производиться с повышенным расходом и давлением вплоть до наступления гидравлического разрыва, характеризующегося резким падением давления.

После образования разрыва нагнетание раствора прекращается, и должен быть введен перерыв на 1-3 сут.

После перерыва нагнетание раствора должно возобновляться до появления нового разрыва.

Повторные цементации зоны следует производить до тех пор, пока на каком-либо этапе не будет достигнут отказ при проектном давлении без образования гидравлического разрыва.