Грунтоцементные сваи получают путем размыва и перемешивания грунта с цементной эмульсией. Рабочим инструментом для образования сваи является струйный монитор, из форсунки которого выходит струя воды или цементной эмульсии под давлением 6...100 МПа. Высоконапорная струя может резать практически любой грунт. Для увеличения радиуса резания и разрушающего действия струя может подаваться под защитой воздушного потока.
Струйный монитор может использоваться как для бурения скважины путем размыва грунта водой, так и для образования грунтоцементной сваи путем подачи через форсунку цементной эмульсии при поднятии монитора вверх с одновременным его вращением.
Струйная технология впервые была применена в Японии при усилении фундаментов реконструируемого здания. В процессе совершенствования технологии в отечественной практике и за рубежом в широких пределах варьировали диаметры форсунок и их количество, рабочее давление струи, а также скорости вращения и перемещения монитора по вертикали. Отечественные установки оборудованы мониторами с рабочим давлением не более 10 МПа в отличие от некоторых зарубежных, работающих при давлениях до 40...60 МПа, однако во многих случаях не уступают им по эффективности.
В СССР длительное время использовали установку с рабочим давлением до 10 МПа, имеющую три форсунки (рис. 9.1). Погружение монитора в грунт (рис. 9.1, а) осуществляли размывом грунта при подаче воды из всех трех форсунок. При подъеме монитора (рис. 9.1, 6) вертикальная форсунка перекрывалась, а из двух горизонтальных подавалась цементная эмульсия. Диаметр сваи при этом практически определялся длиной горизонтальной штанги с угловыми форсунками. Серьезным недостатком этой и других установок, использующих размыв грунта на полный диаметр будущей сваи при погружении монитора и имеющих при этом значительный расход воды при ограниченном давлении, является вынос значительного количества пульпы на поверхность, а также обводнение прилегающих грунтов с повышением уровня грунтовых вод.
Рис. 9.1. Схема устройства
грунтоцементной сваи монитором с угловыми форсунками: а — опускание монитора с
размывом грунта водой; б — поднятие монитора с подачей цементной суспензии
В современных струйных установках бурение скважины диаметром 100...150 мм осуществляется с применением обычного бурового инструмента с промывкой скважины водой или глинистым раствором с подачей промывочной жидкости через одну торцевую (вертикальную) форсунку. После достижения проектной глубины торцевая форсунка закрывается и открываются две горизонтальные форсунки (рис. 9.2), через которые подается цементная эмульсия под давлением 10...60 МПа при поднятии монитора с одновременным его вращением. При этом образуется грунтоцементная свая диаметром до 2 м. Установки такого типа использовали при усилении фундаментов гостиницы Метрополь в Москве в 1987 г. Всего было изготовлено около 2000 свай диаметром 800 мм и длиной 6...7 м. Цементная эмульсия подавалась через две горизонтальные форсунки диаметром 2 мм под давлением 40...60 МПа при скорости подъема бурового става не более 200 мм в минуту. Расход цемента составлял около 1000 кг на кубометр свайного ствола.
Рис. 9.2. Буровой став с горизонтальными форсунками для подачи цементной суспензии под давлением 60 МПа
При строительстве третьего транспортного кольца в Москве в 2002 г. для устройства грунтоцементных свай использовали агрегаты испанской фирмы Soilmec. Подача цементной эмульсии осуществлялась под давлением 10...40 МПа при воздушной защите струи (начальная скорость воздушного потока — 130...150 м/с). Скорость подъема монитора с образованием сваи диаметром 1,2 м составляла 2,0...2,5 м в минуту. Принципиальная схема устройства грунтоцементной сваи показана на рис. 9.3.
Рис. 9.3. Схема устройства
грунтоцементной сваи: а — бурение скважины диаметром 150 мм с промывкой водой; б
— подача цементной суспензии под давлением 4,6 МПа; в — поднятие бурового
става
Струйная технология имеет ряд неоспоримых преимуществ при усилении фундаментов реконструируемых зданий. Она не вызывает динамических воздействий, может применяться в стесненных условиях, в том числе при выправлении кренов зданий и сооружений. Она позволяет закрепить заиленные, заторфованные грунты и мелкие пылеватые пески, что практически невозможно осуществить путем низконапорной инъекции. Следует отметить также, что комплекс оборудования для струйной технологии (буровой станок, насос, компрессор, растворный узел) включает в себя серийные и широко используемые в строительстве механизмы. Нестандартными являются только монитор и установка для его привода.
При использовании струйной технологии материал сваи имеет более высокую однородность по составу и прочности, чем при использовании методов перемешивания или высоконапорной инъекции. Диаметр сваи определен более четко.
