2. Цементация скальных трещиноватых пород.

Преимущества: техническая простота, удобства применения, высокая надежность. Достаточно экономичен и не требует особенно сложного оборудования. Сущность метода состоит в том, что через пробуренные скважины под давлением (от 3 до 70 атм) нагнетается цементный раствор. Последний заполняет трещины и пустоты в грунте, уплотняется за счет отжатия воды, твердеет за счет гидратации цемента, в результате чего снижается водопроницаемость грунта и повышается его прочность. Возможность успешного и экономичного применения способа цементации зависит от: 1) размера трещин и пор; 2) скорости фильтрационного потока подземных вод; 3) химического состава подземных вод.

Вследствие значительных давлений нагнетания, ветвистости и шероховатости трещин проникновение суспензионных растворов происходит по турбулентному режиму. В результате трения о стенки трещин или пор, под воздействием структурной вязкости, инъекционный раствор постепенно замедляет скорость движения, и, переходя ее критическое значение, движется далее в ламинарном режиме, при котором физико-химические и химические процессы, начинают преобладать над гидродинамическими, при этом напряжение сдвига одного слоя раствора относительно другого возрастает, а поверхность сдвига увеличивается. При достижении равенства величин статических напряжений сдвига в растворе, с одной стороны, и между этим раствором и грунтом, с другой, дальнейшее проникновение раствора в трещины грунта прекращается. Турбулентное движение суспензионного раствора, а следовательно и цементация грунтов, возможны при ширине трещин более 0,1 мм.

Размер пор и трещин в известной степени характеризуется водопроницаемостью. величина которой в практике цементации грунтов определяется их удельным водопоглощением. В зависимости от удельного водопоглощения грунты делятся на 7 категорий; в соответствии с этим показателем изменяется состав цементных растворов.

Скорость фильтрационного потока определяет консистенцию цементных растворов и технологию производства работ. Допустимая скорость фильтра­ционного потока при тампонаже трещиноватых пород является такой при которой не происходит вынос инъецируемого суспензионного раствора за пределы обрабатываемого массива. Расчеты и практика работ по цементации показывает, что допустимая скорость движения подземных вод не должна быть более 200 м/сут. При значениях скоростей, более указанной величины, воз­можность применения цементации должна быть установлена опытным путем. Опасность размыва в этом случае может быть уменьшена при применении быстросхватывающихся цементов и ускорителей твердения цементного камня.

Химический состав подземных вод может вызвать разрушение цемента. Наиболее распространенная агрессивность – сульфатная и карбонатная.

При инъекции кавернозных, пород или очень крупных трещин а также с целью экономии цемента в растворы вводят различные добавки: природный или молотый песок, молотый шлак, золы-уноса. Применение песка снижает усадочные деформации в цементном камне, которые отрицательно сказываются на сцепление цементного камня со стенками трещин. Тонкомолотый песок иди каменная мука могут вводиться в пределах соотношений к цементу 1:1.

Производство работ по цементации:

1. Бурение скважин для цементации и проверка их направления.

2. Промывка водой, испытание на водопроницаемость.

3. Приготовление цементных растворов и транспортировка к скважине

4. Нагнетание цементного раствора начиная с малых концентраций и давлений заканчивая большими.

5. Бурение скважины и контрольное испытание на водопроницаемость завесы.

Цементация может проводится на всю длину скважины, либо по зонам. Нагнетание раствора проводится гидравлическим методом.

На выбор способа цементации наибольшее влияние оказывает трещиноватость пород. При тонкой трещиноватости нагнетание проводят сразу же непрерывно с максимальной интенсивностью и под предельным давлением. Применяются жидкие цементационные растворы без отощающих добавок и основной задачей является введение в трещины максимального количества цемента Поглощение цемента обычно невелико и не превышает более 50 кг на 1 погонный метр.

При крупных трещинах и кавернах нагнетание ведут периодически, с пе­рерывами после введения 400-500 кг сухой смеси (в составе раствора) на I погонный метр скважины. Применяются густые растворы с добавками отощающих песчаных материалов. Нагнетание растворов ведется при низком давлении, часто даже только под действием собственного веса раствора.

Цементация скального массива приводит к увеличению модуля деформации скальных грунтов. Величина модуля деформации в результате цементации, по некоторым данным, возрастает в 1,5-3 раза. Иногда удается уведичить на 3-10% сопротивление сдвигу скального массива при существенном уменьшении деформаций сдвига.

Следует подчеркнуть, что чаще всего точные представления о системе трешиноватости скальных массивов неизвестны или информация по этому поводу крайне ненадежна, и поэтому на практике достаточно широкое распространение получила следующая схема обработки скального массива цементны­ми растворами: обработка ведется но сетке различной конфигурации в плане в несколько очередей. 1-я очередь с расстоянием между скважинами W 15 м; 2-я очередь с расстоянием 5-8 м и т.д., постепенно сгущая сетку инъекционных скважин. При обработке индивидуальной скважины во времени последовательно увеличивают концентрацию раствора (уменьшается В/Ц - водоцементное отношение) и давление нагнетания до наступления эффекта отказа при некотором значении параметров инъекции. Причем В/Ц (1 очереди) < В/Ц (2 очереди) и т.д., т.е. из скважины каждой предыдущей очереди обрабатываются наиболее раскрытые трещины, а максимальная величина раскрытия трещин уменьшается от очереди к очереди.