1-Prikaz tehnologije mlazno.pdf

1PRIKAZ TEHNOLOGIJE MLAZNOG INJEKTIRANJA

1. 1. UVOD

Razvojem graditeljstva, pokazalo se da se sve vi¹e susreæemo s pomanjkanjem terena kojima susvojstva pogodna za gradnju, pa smo primorani graditi i na terenima lo¹ih (nepogodnih)karakteristika. Pri tome je sve vi¹e potrebno voditi raèuna o za¹titi okoli¹a, kao i oèuvanju kakvoæevodnih resursa. Pored toga javlja se i potreba sanacije i obnove starih objekata, kao i lo¹e graðenihobjekata. Porasla je i svijest o za¹titi od nepovoljnih utjecaja odlagali¹ta otpada, starih kao i onih kojase tek planiraju, i sl. Pri svemu tome ekonomiènost gradnje ostaje imperativni zahtjev.

Postoji niz tehnologija graðenja koje se koriste u takvim sluèajevima, a u posljednje vrijeme razvijenaje i tehnologija tzv. MLAZNOG INJEKTIRANJA (u svijetu se ona obièno naziva Jet Grouting).Ona se najèe¹æe navodi kao jedna od metoda pobolj¹anja mehanièkih svojstava tla, tj. ojaèanja tla.

Potrebno je razlikovati tehnologiju mlaznog injektiranja od, nazovimo to, klasiènog injektiranja.

Opæenito, razne tehnologije injektiranja ukljuèuju:

a) Ispunjavanje praznih prostora u tlu postupkom injektiranja (klaka¾a je pri tome posebansluèaj)

b) Kompaktiranje slojeva tla postupkom injektiranjac) Penetracijsko injektiranjed) Mlazno injektiranje

Na slici 1. shematski su prikazane te èetiri vrste injektiranja.

ad a) Ispunjavanje ¹upljina

Injekcijska smjesa (najèe¹æe na bazi cementa) utiskuje se u prazne prostore (¹upljine) tla (stijene).

Poseban sluèaj ove vrste injektiranja je tzv. klaka¾a. Kod nje se injekcijska smjesa utiskuje u tlo podvisokim tlakom ¹to uzrokuje hidraulièki lom tla. Nastalu pukotinu ispunjava injekcijska smjesa, aokolno tlo se zbija.

1

PRIKAZ TEHNOLOGIJE MLAZNOG INJEKTIRANJA

Slika 1. Shematski prikaz vrsta injektiranja (Welsh et al., 1986)

ad b) Kompaktiranje injektiranjem

Injekcijske smjese s visokim unutarnjim trenjem utiskuju se u sti¹ljivo tlo, ¹to se manifestira poputradijalne hidraulièke pre¹e, pa dolazi do pomaka èestica tla i poveæanja gustoæe okolnog tla.

ad c) Penetracijsko injektiranje

Injekcijska smjesa utiskuje se u tlo pod razmjerno niskim tlakom, tako da ne dolazi do promjeneobujma i strukture tla. Injekcijske smjese koje se pri tome koriste raznog su sastava i karakteristika, aosnovna baza za njihovo odreðivanje je propusnost tla. Ovo je va¾na konstatacija, pa se ona posebnonapominje, jer se èesto smatra da su pri tome odluèujuæi neki drugi zahtjevi.

Opæenito gledano, ovisno o koeficijentu propusnosti tla k, koriste se sljedeæe smjese:

- cementne smjese (koriste se kada je k > 10-2 cm/s)- silikatne smjese (koriste se kada je k velièine 10-2 do 10-4 cm/s)- rezorcinske smjese (koriste se kada je k velièine 10-4 do 10-6 cm/s)

Kod slabije propusnih vrsta tla, opæenito nije moguæa ovakova vrsta injektiranja.

2


ad d) Mlazno injektiranje

Ova tehnologija bitno se razlikuje od predhodnih. Njenom se primjenom posve razbija struktura tla,te se èestice tla mije¹aju (in-situ) s vezivnim sredstvom, pa nastaje homogenizirana masa pobolj¹anihsvojstava.

Tehnologija se primjenjuje kod raznih vrsta tla s raznim injekcijskim smjesama, iako se normalnokoriste vodo-cementne, te vodo-cementno-bentonitne smjese. U odreðenim sluèajevima koristi se ivapno (èisto vapno, vapno s cementom i dr.).

Na slikama 2. i 3. ilustrativno su prikazani dijagrami podruèja primjene mlaznog injektiranja.Dijagram na slici 2. prikazuje podruèje primjene mlaznog injektiranja u odnosu na propusnost tla, ana slici 3. u odnosu na promjer zrna èestica tla.

Slika 2. Primjenjivost injekcijskih smjesa u odnosu na vodopropusnost tla (Welsh et al., 1986.)

Jedna od osnovnih prednosti metode mlaznog injektiranja u odnosu na ostale tri metode je u bitnomsmanjenju tehnièkih i ekonomskih nepoznanica koje su posljedica stvarnih okolnosti u tlu (a kojemogu biti razlièite u odnosu na pretpostavljene).

Slika 3. Primjenjivost injekcijskih smjesa u odnosu na promjer èestica tla (Welsh et al., 1986)

3


1.2. PRIKAZ TEHNOLOGIJE MLAZNOG INJEKTIRANJA

Rezanje (razbijanje strukture) tla mlazom vode pod pritiskom prvotno je primijenjeno u amerièkimugljenokopima. U Japanu je poèetkom sedamdesetih godina ova ideja primijenjena za ojaèanje tlainjektiranjem (Kauschinger et al., 1989).

Ta nova metoda injektiranja nazvana je mlazno injektiranje (Jet Grouting). To je uobièajeni naziv zasvaki izvedbeni postupak (metodu graðenja) i konstrukcije kod kojih se koriste ekstremno visokitlakovi (tipièno 300 do 700 bara, odnosno 30 do 70 MPa) za unos energije u fluid koji se utiskuje utlo brzinom od cca 250 do 330 m/s. Velika brzina fluida slu¾i za razbijanje (rezanje) strukture tla,premje¹tanje èestica te njihovo mije¹anje s cementnom smjesom.

Danas su u primjeni tri osnovna postupka izvedbe mlaznog injektiranja:

- jednofluidni sustav (injekcijska smjesa)- dvofluidni sustav (injekcijska smjesa - zrak, odnosno injekcijska smjesa - voda)- trofluidni sustav (injekcijska smjesa - voda - zrak)

Ova tri postupka su osnova za barem dvanaestak varijacija izvedbe mlaznog injektiranja.

1.2.1. Razvoj tehnologije mlaznog injektiranja

Izvornu ideja i prva istra¾ivanja kori¹tenja visokih brzina injekcijskog mlaza za razbijanje (rezanje),premje¹tanje i cementiranje èestica tla vezana je uz braæu Yamakado, pribli¾no 1965. god. Uskoronakon toga (1970. god.) razraðena su dva tipa opreme (postrojenja) za mlazno injektiranje.

· Oprema za mlazno injektiranje koju je razvio Nakanishi i njegova tvrtka ÒN.I.T.Ó koristila jekemijske i cementne suspenzije za injektiranje pod vrlo visokim tlakom kroz male mlaznice (1,0 do 2,0 mm) koje su smje¹tene pri dnu jednostrukih ¹ipki bu¹aæeg pribora. Kako su ¹ipkepostepeno podizane (vaðene) uz kontinuiranu rotaciju, za vrijeme postupka injektiranja, nastaloje u tlu valjkasto tijelo mje¹avine cementa i èestica tla. Od engleskog naziva ChemicalChurning Pile nastao je naziv za ovakav postupak mlaznog injektiranja (injektiranja s jednimfluidom) ÒCCPÓ sustav mlaznog injektiranja.

· Drugi naèin mlaznog injektiranja razvio je Teruo Yahiro. Ova oprema koristila je trostrukebu¹aæe ¹ipke. Trostruke ¹ipke potrebne su zbog kori¹tenja tri fluida kod mlaznog injektiranja, ato su bili voda, zrak i cementna injekcijska smjesa. Dva fluida (voda i zrak) pod visokim tlakomsu razbijala strukturu tla. Kako se sada injekcijska smjesa utiskuje u razrahljeno tlo dovoljan jerelativno mali tlak (10 do 40 bara) za njenu ugradnju. Sistem je nazvan ÒJGÓ (Jet Grouting).

Yahiro je utvrdio da pod visokim tlakom mlaz vode koji se nalazi unutar sto¹ca mlaza stlaèenog zrakamo¾e u veæoj ¹irini razoriti strukturu tla, u odnosu na sluèaj kada se ne koristi stlaèeni zrak.

Prvotno je trofluidni sistem kori¹ten za formiranje panela u tlu (radilo se bez rotacije). Kako je ÒCCPÓsustav (injektiranje s rotacijom pribora) postigao vrlo ¹iroku primjenu, Yahiro je 1975. god.modificirao svoj sustav tako da je moguæe postiæi valjkasta tijela radom s tri fluida (rotacija trostrukogbu¹aæeg pribora). Ovakav naèin rada nazvan je Column Jet Grout ÒCJGÓ sustav mlaznoginjektiranja.

4


Ubrzo su u Japanu razvijene i ostale metode mlaznog injektiranja. Najva¾nija modifikacija je tzv.ÒJSGÓ sustav (Jumbo Special Grout). To je u principu ÒCCPÓ sustav mlaznog injektiranja, s tim dase osim injekcijske smjese koristi i zrak, tj. koriste se dva fluida za izradu injektiranih valjaka tla.Naime, kori¹tenjem zraka valjkasta tijela injektiranih stupova tla su bitno veæeg promjera od onog kojise posti¾e èistim ÒCCPÓ postupkom (radom s jednim fluidom). Posti¾u se promjeri za 1, 1,5 pa i do2 puta veæi, a da su izvedeni u jednakim uvjetima.

Posljednje bitnije modificiranje tehnologije mlaznog injektiranja bilo je oko 1984. god. Japanskistruènjaci Miki i Nakanishi uveli su i sonièni mjeraè (sonic transducer) za kontrolu dimenzijaizvedenih valjaka tla. Tehnologija je nazvana (Super-Soil-Stabilization MANagment) ÒSSS-MANÓsustav s ÒMASUÓ mjerenjem u podzemlju.

Za razliku od ostalih sustava gdje se struktura tla razbija i izmije¹a s injekcijskom smjesom, ovdje seèestice tla izbace na povr¹inu terena strujom vode i zraka, a nastala ¹upljina se ispuni injekcijskomsmjesom.

Postupak se odvija tako da se najprije izvede iskop, zatim se soniènim mjeraèem ÒMASUÓ kontroliradimenzija ¹upljeg prostora, koji se na kraju ispuni injekcijskom smjesom.

Iako je promjer ovako nastalih tijela i do 4,00 m, ostaje pitanje racionalnosti postupka (odvozmaterijala, velika kolièina ugraðene injekcijske smjese, upitnost stvarne potrebe takvih tijela, i sl.).Pored toga nije poznato kakva je sigurnost od zaru¹avanja velikih ¹upljih prostora prije no ¹to suispunjeni injekcijskom smjesom, vrijeme trajanja izvedbe, i sl., pa je upitna buduænost ovog sustava.

Na slici 4. prikazana je shema razvoja tehnologije mlaznog injektiranja. Naravno da se ona razvija idalje, ali sad su to veæ varijacije navedenih sustava. Mo¾da treba napomenuti da se pojavio i novisustav sa dva fluida i to cementna smjesa i voda (prije je drugi fluid bio zrak).

Tehnologija mlaznog injektiranja nakon poèetnog razvoja u Japanu pro¹irila se u zapadnu Europu(poèeci su iz 1976. god) i to prvenstveno u Italiju i Zapadnu Njemaèku, te u Ju¾nu Ameriku.

U Sjedinjenim Amerièkim Dr¾avama pojavila se 1979. god., a do 1984. god. primijenjena je samo pet(5) puta. Prema mi¹ljenju amerièkih struènjaka razlog ovako sporog prihvaæanja je u tome ¹to je malibroj domaæih struènjaka poznavao ovu tehnologiju. Tako su do 1989. god. uglavnom svi struènjaci zato podruèje (mlazno injektiranje) bili stranci. Pri tome su amerièka poduzeæa, koja su izvodila radovemlaznog injektiranja, zapravo ih izvodila u suradnji s europskim i japanskim poduzeæima.

Nakon 1987. god. tehnologija mlaznog injektiranja ¹ire je prihvaæena u SAD-u (pro¹irila su se znanjao njoj), a amerièka poduzeæa znatno su unaprijedila opremu za mlazno injektiranje te joj pro¹iriliprimjenu.

5


Slika 4. Kronologija razvoja osnovnih sustava mlaznog injektiranja (Miki et al., 1984)

1.2.3. Osnovne razlike tri sustava mlaznog injektiranja

Na slici 5. shematski su prikazane glavne razlike tri sustava mlaznog injektiranja (ÒCCPÓ -jednofluidni sustav, ÒJSGÓ - dvofluidni sustav i ÒCJGÓ - trofluidni sustav). Navedeni su i promjerivaljkastih tijela koje prosjeèno mo¾emo postiæi primjenom jedne od tri osnovne metode izvedbemlaznog injektiranja. Radi se o pribli¾nim vrijednostima. Kod njihove meðusobne usporedbe postojepote¹koæe, jer postignuti promjeri ovise o nizu parametara, koje je te¹ko ujednaèiti. Zato je svakausporedba uvjetno mjerodavna.

Radi se o sljedeæem:

· Kod jednofluidnog sustava postoji ¹est parametara koji izravno utjeèu na injektiranje, a to su:tlak injektiranja, broj i promjer mlaznica, vodocementni faktor injekcijske smjese, brzinapodizanja pribora, te trajanje rotacije.

· Kod dvofluidnog sustava prisutna i dva dodatna parametra, a to su: tlak i protok zraka.

· Kod trofluidnog sustava ukupno postoji deset parametara, tj. pet kao i za jednofluidni sustav, tepet bitnih za re¾im vode i zraka (tlak vode, promjer i broj mlaznica za utiskivanje vode, tlak iprotok zraka).

6


Slika 5. Usporedni prikaz mlaznog injektiranja s jednim, dva i tri fluida (Miki et al., 1984)

7


Pitanje je kakva je kombinacija parametara kod raznih sustava mlaznog injektiranja mjerodavna zausporedbu. Odnosno, treba reæi da ne postoje podaci ispitivanja postignutih promjera valjaka, a da su pritome izvedbeni parametri bili ujednaèeni, te radovi izvedeni sa sva tri sustava u tlu istih karakteristika.

Naravno, pored parametara opreme za mlazno injektiranje od utjecaja je i èitav niz ostalih elemenata,kao npr. vrsta tla, zbijenost, plastiènost, vla¾nost, razina podzemne vode, kolièina cementa, utro¹enaenergija, starost injektiranog uzorka tla (bitno utjeèe na èvrstoæu), i sl.

U tablici 1. prikazani su neki od raspolo¾ivih podataka o parametrima izvedbe mlaznog injektiranja sraznim sustavima.

Tablica 1. Prikaz parametara izvedbe tri sustava mlaznog injektiranja (Kauschinger et al., 1989)

Parametri Broj fluidaizvedbe Jedan fluid Dva fluida Tri fluida

Tlakvoda - - 300-550

injektiranjainjekcijska

300-550 300-550 10-40[bar]

smjesazrak - 7-17 7-17

voda [l/min] - - 70-100Protok inj. smj. [l/min] 60-150 100-150 150-250

zrak [m3/min] - 1-3 1-3Promjer voda - - 1,8-2,6mlaznica injekcijska

1,8-3,0 2,4-3,4 3,5-6,0[mm] smjesaBroj voda - - 1-2

mlaznica injekcijska2-6 1-2 1

[kom] smjesaW/C 0,8:1 do 2:1

Sadr¾aj [kg/mÕ] 200-500 300-1000 500-2000cementa [kg/m3] 400-1000 150-550 150-650

Brzina rotacije ¹ipki [okr/min] 10-30 10-30 3-8Brzina podizanja ¹ipki [min/m] 3-8 3-10 10-25Promjer injek. krupnozrnato tlo 0,50-1,00 1,00-2,00 1,50-3,00

valjka [m] sitnozrnato tlo 0,40-0,80 1,00-1,50 1,00-2,00Èvrstoæa valjka pjeskovito tlo 10-30 7,5-15 10-20

[N/mm2] glinovito tlo 1,5-10 1,5-5,0 1,5-7,5

Ako se detaljnije analiziraju pojedini podaci iz tablice 1, proizlaze zakljuèci navedeni u tablicama 2do 5.

Napomena:Analize u tablicama 2 do 5 izraðene su tako da je sustav s jednim fluidom (ÓCCPÓ) uzet kaoetalonska vrijednost velièine 1,0 (s time da su usporeðene srednje vrijednosti iz tablice 1).

8


Tablica 2. PROMJERI

Vrsta tla Sustav Srednji promjer Faktor

[m] usporedbe

Krupnozrnatojedan fluid 0,75 1,00

tlodva fluida 1,50 2,00

tri fluida 2,25 3,00

Sitnozrnatojedan fluid 0,60 1,00



Tablica 3. ÈVRSTOÆA

Vrsta tla Sustav Srednja èvrstoæa Faktor[N/mm2] usporedbe

Krupnozrnatojedan fluid 20,00 1,00



Sitnozrnatojedan fluid 5,75 1,00



Tablica 4. UTRO©AK CEMENTA

Sustav Utro¹ak cementa Faktor[kg/mÕ] usporedbe

jedan fluid 350 1,00

dva fluida 650 1,85

tri fluida 1250 3,60

Tablica 5. ZBIRNA USPOREDBA

Srednji promjer Volumen tijela Utro¹ak FaktorSustav [m] [m3/mÕ] cementa usporedbe

[kg/mÕ]

jedan fluid 0,75 0,44 350 1,00

dva fluida 1,50 1,77 650 0,50

tri fluida 2,25 3,97 1250 0,40

9


Bez obzira na odreðene manjkavosti prethodnih analiza (u prvom redu zato ¹to su kori¹tene srednjevrijednosti dobivene iz ¹irokih granica) proizlazi:

· Izvedbom injektiranja s dvofluidnim sustavom posti¾e se skoro dvostruki promjer valjka uodnosu na jednofluidni, a kod trofluidnog sustava on je pribli¾no tri puta veæi od promjera valjkaizvedenog s jednofluidnim sustavom, ali samo 50% u odnosu na izvedbu s dvofluidnimsustavom.

· Utro¹ak cementa raste s porastom obujma injektiranog tijela ali njegov udio u mje¹avini cement- èestice tla pada. Time je dijelom obja¹njiv i odreðeni pad èvrstoæe injektirane mase tla kodrada s vi¹e fluida u odnosu na jedan.

Kad bismo analizu ponovili s nekim drugim izvorom podataka, dobili bismo drukèije rezultate, ali bioni pribli¾no bili slièni, a to znaèi da bi i konaèni zakljuèci bili slièni.

Jedan od zakljuèaka kod toga je kako zapravo ne mo¾emo dati izra¾eniju prednost nekom od trisustava mlaznog injektiranja. Kako se cijena opreme za rad s vi¹e fluida znatno poveæava, a ¹to bitnoutjeèe i na cijenu konaènog proizvoda, prethodni zakljuèak (upitnost prednosti pojedinih metoda)dodatno je potvrðen.

Naravno da kod planiranja nekog zahvata veæ u startu mo¾e postojati zahtjev za nagla¹enim nekimelementom (parametrom izvedbe), koji onda mo¾e biti odluèujuæi za odabir sustava mlaznoginjektiranja.

Prema raspolo¾ivimm podacima, u ovom trenutku Europa daje prednost radu s jednim fluidom(izra¾enije u Italiji) i dva fluida (izra¾enije u Njemaèkoj), dok SAD preferira trofluidne sustave.

Na slici 6. prikazan je shematski detalj pribora za mlazno injektiranje koji zorno prikazuje razlike kodrada s jednim, dva i tri fluida.

Slika 6. Prikaz razlika izvedbe mlaznog injektiranja s jednim, dva i tri fluida

10


1.2.4. Osnovne prednosti i mane mlaznog injektiranja

Osnovna prednost mlaznog injektiranja jest da se ono mo¾e koristiti za ojaèanje svih vrsta zrnatih tala(¹ljunak, pijesak, prah, glina) s ekolo¹ki prihvatljivim vodo-cementnim injekcijskim materijalima.

Veliki promjeri valjaka injektiranih stupova tla (cca 50 do 300 cm) izvode se priborom malihdimenzija. Prepreke u tlu (npr. komadi drveta, gromade kamena i dr.) mogu biti zaobiðene iliuklopljene u injektiranu zonu tla.

Mlazno injektiranje mo¾e zapoèeti na gotovo svakoj (dohvatnoj) dubini, te biti zavr¹eno u bilo kojojrazini ispod povr¹ine terena, ovisno o potrebama zahvata ojaèanja tla.

Najveæa dosegnuta dubina mlaznog injektiranja prema stanju iz 1989. god. je 70 m (izvela talijanskafirma ÒTreviÓ za potrebe ojaèanja cestovnog tunela u talijanskim Alpama).

Ako se mlazno injektiranje izvodi ispravno, samo male kolièine ispranog (izbaèenog) tla potrebno jeodvoziti s gradili¹ta.

Mlazno injektiranje izvodi se vertikalno, koso i horizontalno u odnosu na povr¹inu terena.

Osnovni nedostatak, koji prisutan kod svih sustava mlaznog injektiranja, je zahtjev za osiguravanjemnesmetane komunikacije (toka) fluida od polo¾aja injektiranja do povr¹ine terena. Ako jekomunikacija sprijeèena, porni tlak vode u tlu poraste do tlaka injektiranja (300 do 500 bara), ¹tomo¾e izazvati hidraulièki lom tla. Posljedica su boèni pomaci i izdizanje tla. Tako je npr. kod mekihglina zabilje¾eno izdizanje veæe od jednog metra.

S druge strane, kad je komunikacija (tok) prema povr¹ini slobodna, mo¾e se dogoditi da velikakolièina èestica tla bude istisnuta na povr¹inu, odnosno da se dio cementa predviðen za ugradnju u tlopojavi na povr¹ini terena. U odreðenim uvjetima takav gubitak cementa mo¾e dostiæi vrijednosti od20 do 60%, a bilo je sluèajeva kad je on bio i punih 100%.

Sljedeæi nedostatak je cijena ko¹tanja, koja nekad zna biti vrlo visoka (kod injektiranih valjaka tlavelikih promjera prisutan je i veliki utro¹ak injekcijske smjese).

Osim toga, èvrstoæe injektiranog tla dosta variraju, a kod pra¹inastih i glinovitih vrsta tla relativno suniske.

U sluèaju kad su brzine podzemne vode velike, mo¾e se dogoditi ispiranje cementa (prije no ¹to onve¾e), ¹to onda utjeèe na kvalitetu oèvrslog injektiranog volumena tla.

1.2.5. Odnos tlaka i protoka fluida kod mlaznog injektiranja

Mehanizam mlaznog injektiranja mo¾e se protumaèiti kroz analizu osnovnih odnosa tlaka, protoka ibrzine injekcijskog mlaza.

Normalna velièina tlaka koja se koristi kod mlaznog injektiranja je cca 500 bara, a pri tome je brzinainjekcijskog mlaza oko 300 m/s (1080 km/h). Kod injekcijske smjese s vodocementnim faktoromW/C = 1/1 to odgovara stupcu visine cca 3600 m.

11


Kod malih udaljenosti izmeðu pumpne stanice i polo¾aja injektiranja gubitak tlaka kroz cijevi jezanemariv, posebice u usporedbi s visinom pumpanja (3600 m). Kako je brzina injekcijske smjese ubu¹aæim ¹ipkama relativno mala, to je kod uobièajenih duljina ¹ipki i pad tlaka izmeðu mlaznice ivrteæe glave takoðer malen. S obzirom na male gubitke tlaka, mo¾emo postaviti Bernoullievujednad¾bu za raèun idealne brzine injekcijskog mlaza:

vi = Ö 2 × g × Hp [1]

gdje je:

HP - stupac injekcijske smjese (ovisan o tlaku pumpanja i gustoæi injekcijske smjese)g - konstanta gravitacije

Jednad¾bu [1] mo¾emo koristiti za izraèunavanje brzine mlaza u zraku i uronjenog u vodu.

Visoki tlak injekcijskog mlaza potreban za razaranje strukture tla stvara nadzvuène brzineinjekcijskog fluida.

Rad s visokim tlakom mo¾e izazvati hidraulièki lom tla, tj. dovesti do velikih izdizanja povr¹ine terenauz veliki porast pornog tlaka. Ako je mlazno injektiranje izvedeno ispravno, tada je podizanje terenai porast pornog pritisaka malen. Va¾no je da je otvoren put injekcijske smjese od mlaznice premapovr¹ini terena. Tada je u tlu prisutan samo hidrostatski tlak koji je ovisan o udaljenosti polo¾ajainjektiranja do povr¹ine terena (te¾ina nadsloja smjese do povr¹ine terena). Ako je taj put djelomiènoili potpuno zatvoren (to se npr. èesto dogaða u mekim glinama), tada porni tlak u tlu mo¾e porasti navelièinu tlaka na pumpi. Oèigledno je da stanje bez slobodnog puta prema povr¹ini ne mo¾e potrajatidugo i tlo se du¾ bu¹aæih ¹ipki poène istiskivati na povr¹inu. U takvom sluèaju operater (poslu¾iteljstroja) treba prekinuti injektiranje prije nego se pojavi ¹teta.

Idealna brzina injektiranog mlaza vi iz izraza [1] mo¾e se koristiti za izraèunavanje protoka krozmlaznice kako slijedi:

Q = Cc × p¾4

× f2m × Cv × vi [2a]

Qtotal = n × Q [2b]

gdje je:

Cc - bezdimenzionalni koeficijent kontrakcije injekcijskog mlaza (0,95 do 1,0)fm - promjer mlazniceCv - bezdimenzionalni koeficijent brzine (0,8 do 0,98)Q - protok kroz jednu mlaznicun - broj mlaznica

Potrebna snaga koja mo¾e ostvariti tra¾eni protok prema izrazu [2b] izraèunava se izrazom

P = Qtotal × p [3]

12


gdje je:

P - snaga u hidraulièkom mediju [kW]p - tlak pumpanja [kN/m2]Qtotal - ukupna protoka [m3/s]

Snaga koju treba ostvariti motor je za cca 15% veæa od one u hidraulièkom mediju, te proizlazi da seza injektiranje smjese s W/C = 1/1, pumpane sa 500 bara kroz dvije mlaznice promjera 2,0 mm teidealne brzine mlaza od 300 m/s, ostvaruje protok od oko 90 l/min uz stroj snage min. 75 kW. Vidimoda su potrebne pumpe pokretane motorima velike snage.

1.2.6. Gubici visine pumpanja

Firma ÒRodioÓ (Italija) provela je niz ispitivanja s ciljem utvrðivanja gubitka tlaka protoka fluida krozcijevi promjera 3/4Ò i 1Ó. Pri tome su kori¹tene razne injekcijske smjese, i to:

· voda· injekcijska smjesa W/C = 1/1· injekcijska smjesa W/C = 2/1

Gubitak tlaka va¾an je zbog odreðivanja maksimalne udaljenosti izmeðu pumpe i polo¾ajainjektiranja. Ako je taj gubitak prevelik, gubi se moguænost razbijanja strukture tla prilikom mlaznoginjektiranja.

Oèito je da su kod cijevi veæeg promjera manji gubici nego kod cijevi manjeg promjera. Takoðer suveæi gubici kod gustijih injekcijskih smjesa.

Slika 7. Gubici tlaka kod prolaza vode i cementne smjese prema pokusima firme ÒRodioÓ iz 1983. god. (Kauschinger et al., 1989)

13


Na slici 7. prikazan je dijagram gubitaka tlaka po mÕ fleksibilnih cijevi promjera 3/4Ò, i to za protokvode te injekcijskih smjesa s W/C = 1/1 i 2/1.

Injekcijska smjesa s W/C = 1/1 uobièajena je kod primjene mlaznog injektiranja. Pri tome protokobièno iznosi 1 do 2,5 l/s. Tlak pumpanja je 400 do 500 bara. Uz takve uvjete gubici tlaka su od 0,25do 1,0 bara po mÕ cijevi. Ako tlak injektiranja padne ispod 300 bara, praktièno se gubi moguænostrazaranja (rezanja) strukture tla.

Proizlazi da kod tlaka od cca 500 bara maksimalna udaljenost pumpe i polo¾aja injektiranja mo¾e bitioko 800 m kod manjih protoka, a cca 200 m kod veæih.

1.2.7. Èvrstoæe injektiranog volumena tla

Mlazno injektiranje primjenjuje se kod velikog broja raznih konstrukcija. Kod nekih od njih (npr.ojaèanje temelja, potporne konstrukcije, za¹tita iskopa tunela, i sl.) va¾na je i èvrstoæa injektiranogvolumena tla.

Sastav mlazno injektiranog volumena tla u osnovi je slièan betonu. Materijal sadr¾i èestice tla,cement, ne¹to zraka i vodu (mlazno injektirani volumen tla se u stranoj literaturi èesto naziva Òsoil-creteÓ - mje¹avina tla i cementa).

Osnovni elementi od kojih ovisi èvrstoæa mlazno injektiranog tla su:

1. Vodocementni faktor (¹to je W/C veæi, èvrstoæa je ni¾a).2. Sadr¾aj cementa (¹to je veæa kolièina cementa, èvrstoæa je veæa).3. Vrsta tla i granulometrijski sastav (u pijesku i ¹ljunku posti¾u se veæe èvrstoæe nego u glini iprahu).4. Starost (¹to je injektirana smjesa starija, to joj je i veæa èvrstoæa, s tim da je porast èvrstoæesporiji nego kod betona).5. Kori¹teni sustav mlaznog injektiranja (1 fluid, 2 fluida ili 3 fluida).

1.2.8. Èimbenici koji utjeèu na èvrstoæu injektiranog volumena tla

Osnovna razlika izmeðu obiènog betona i mlazno injektiranog tla (concrete - soilcrete) pitanje jekontrolirane kvalitete tla, te kolièine stvarno ugraðene kolièine cementa. Pote¹koæa je ¹to injekcijskimlaz slu¾i i za razbijanje strukture tla i za mije¹anje cementa s èesticama tla. Pored toga, u poèetnomstadiju je injektirana smjesa rjeða, pa mo¾e doæi do segregacije. To sve pridonosi nesigurnostistvarnog udjela cementa u injektiranoj masi tla, kao i stvarnom vodocementnom faktoru mase u tlu.

Osnovne nesigurnosti o sastavu in-situ injektiranog volumena posljedica su sljedeæih èinjenica:

1. Udio èestica tla ovisi o stvarnim uvjetima u tlu i mo¾e znatno varirati. Takoðer, granulometrijskisastav injektiranog tla obièno nije isti kao i u intaktnom tlu, jer fine èestice pijeska i praha znajubiti isprane u toku mlaznog injektiranja, te izne¹ene na povr¹inu terena. Pozitivno je ¹tosmanjenje udjela finih èestica povisuje èvrstoæu.

14


15


2. Stvarni udio vode u injektiranom tlu ovisi o nizu faktora, na primjer:

a) Kolièina vode sadr¾ana u tlu. Veæa kolièina vode sadr¾ana u tlu znaèi i vi¹i vodocementnifaktor injektiranog volumena tla. Ovaj nedostatak se mo¾e eliminirati kori¹tenjem gustijihinjekcijskih smjesa.

b) Odabrani vodocementni faktor.c) Istiskivanje vode izvan injektiranog valjka tla kao posljedica tlaka injektiranja. Ovo je va¾an

element kod pjeskovitog tla.d) Segregacija.

3. Vodocementni faktor injektiranog tla i udjel cementa u injektiranom tlu funkcija su injektiranekolièine cementa i vode, ali i kolièine izbaèenog tla, vode i cementa u ispranom dijeluvolumena. Pri tome je zapravo samo injektirana kolièina cementa (ali ne i stvarno ugraðena) podizravnom kontrolom.

4. Injektirano tlo je nehomogena mje¹avina. Mje¹anje tla in-situ s injekcijskom smjesom primarnoje funkcija brzine injekcijskog mlaza, te broja okretaja pribora (broj prolaza injekcijskog mlazakroz neki odsjeèak tla). Nekoliko faktora uzrokuje nehomogenost:

a) Nedostatna kontrola parametara injektiranja, kao npr: promjenjivost pritiska injektiranja,istro¹enost mlaznica, neujednaèenost podizanja (izvlaèenja) pribora.

b) Manjkava kvaliteta mije¹anja tla i injekcijske smjese. Terenska istra¾ivanja su pokazala datreba ostvariti barem 2 do 6 prolaza injekcijskog mlaza kroz neki volumen tla, a da tlo icement budu adekvatno izmije¹ani. Neadekvatno mije¹anje uzrokuje veæu èvrstoæusredi¹njeg dijela valjka, a manju u vanjskom dijelu. Posebnu pa¾nju treba posvetiti radu uglinovitim tlima.

c) Nehomogenost slojeva tla po dubini.

Ostali (manje izra¾eni) utjecaji su npr. kemizam podzemne vode, te dreniranje vode iz zoneinjektiranja. Ovi se utjecaji mogu dijelom predvidjeti (unaprijed ispitati kemizam vode, te odreditibrzinu dreniranja).

16


Documents

1-Prikaz tehnologije mlazno.pdf