»Jet grouting« tehnologija se je pričela uporabljati leta 1979, ko je podjetje Keller Grundbau iz Nemčije pridobilo potrebno licenco z Japonske in uvedlo sistem izvedbe Soilcrete®. V letih se je tehnologija intenzivno razvijala do stopnje, da je dandanes mogoče snovati in varno izvajati najzahtevnejše projekte v geotehniki.

Princip izvedbe Jet grouting Soilcrete® po dvofaznem sistemu Duplex

Princip izvedbe Jet grouting Soilcrete® po trofaznem sistemu Triplex

Pri omenjenem gre za zamenjavo finih delcev v temeljnih tleh s cementno suspenzijo na podlagi povzročenega erodiranja pod visokim pritiskom. Pri sistemu Duplex (dvofazni »jet grouting«) se tako z visokotlačno črpalko v temeljna tla črpa tudi po več kot pol kubika cementne suspenzije na minuto. Rezultat je betonski JG Soilcrete® slop premera od 1,5 metra pa vse do 3,0 metra ali več. Tlačne trdnosti takšnega slopa dosegajo vrednosti od 6 do 15 megapaskalov. Ob suhoparnih številkah pa človek dobi občutek šele takrat, ko pomisli, da se na primer za JG slop globine 20 metrov s premerom 2,0 metra porabi približno poln Silos tovornjak cementa.

Opis zaporedij izvedbe JG Soilcrete®

»Jet grouting« je mogoče izvajati po enofaznem (Mono), dvofaznem (Duplex) in trofaznem sistemu (Triplex). Uporaba je odvisna od sestave tal; dvofazni sistem se praviloma uporablja v peščenih in gramoznih tleh, trofazni sistem pa je možno uporabljati v glinenih in glineno meljastih tleh, ki jih je potrebno »predrezati« in tako dovolj razredčiti z vodnim curkom pod pritiskom, da material lahko priteče na površje v obliki povratne suspenzije. Enofazni sistem se zaradi nezanesljivosti v praksi skoraj ne uporablja več oziroma je možen pri izvedbi majhnih »soletti« JG slopov premera približno 0,6 metra.

Na zgornji sliki so prikazane faze izvedbe po dvofaznem sistemu, kjer se pri S1 najprej z vrtalno garnituro zavrta na predvideno globino. Pri S2 je z dvofazno opremo v neugodnih temeljnih tleh, na primer v glini, možno temeljna tla predhodno »predrezati« z vodnim curkom in tako izriniti material na površje v obliki povratne suspenzije. Pri S3 se nato monitor oziroma vrtalno ogrodje vrne nazaj na končno globino JG slopa in se s predvidenimi parametri prične z vgrajevanjem cementne suspenzije pod visokim pritiskom.

JG tehnologija se najpogosteje uporablja pri temeljenju, zavarovanju gradbenih jam, pri podpornih konstrukcijah, vertikalnih in horizontalnih tesnitvah, uporaba pa je možna še pri neštetih ostalih možnostih, kjer je z najmanjšo vrtalno garnituro mogoče priti v klet skozi 0,9 metra široka vrata, z največjo pa vrtati tudi do 50 metrov globoko.

Delovni parametri pri izvedbi JG slopov so v nadaljevanju opisani na primeru zavarovanja gradbene jame na projektu A-Tower, Ljubljana, kjer je bil pri JG slopih premera D = 2,0 m v sistemu Duplex uporabljen Kellerjev Monitor D-114-100er in enojna Kellerjeva JG šoba 1*7,0 mm DJ-k-2xD.

Konstantni parametri, ki so bili doseženi z visokotlačno črpalko TW 700, znašajo:

  • Pritisk cementne suspenzije na šobi: p(g) = približno 400 bar;
  • Pretok cementne suspenzije: Q = približno 500 Lit/min;
  • S faktorjem cementne suspenzije: w/z = med 0,8 in 1,2.

Variabilni parametri so se nato prilagajali glede na sestavo tal in so bili določeni s pomočjo ACI® metode:

  • Hitrost dvigovanja vrtalnega ogrodja:

Z = približno od 15 do 30 cm/min v konglomeratnih in peščenih slojih ter približno od 30 do 50 cm/min v peščeno gramoznih slojih.

  • Hitrost rotiranja vrtalnega ogrodja:

U = približno od 2 do 8 rotacij na minuto.

  • Pritisk zraka na šobi: p(a) = približno od 4 do 8 bara.

Povezava med erozijo E v določeni zemljini in geometrijo JG slopa je določena s formulo E = Z*7,85*D² [Lit/min]. Ko je enkrat znana hitrost Z ob ciljnem premeru D, ki je določena z metodo ACI®, je tako mogoče izračunati E določenih temeljnih tal in nato skoraj poljubno možno spreminjati premer slopov oziroma izvajati ostale oblike JG teles.

Velikost E je poenostavljeno: s koliko litri cementne suspenzije, porabljene v eni minuti, je mogoče erodirati določena temeljna tla.

ACI® oprema za določanje premera JG slopa

Za doseganje in kontroliranje ustrezne kvalitete in geometrije izvedbe JG elementov je Keller v Avstriji razvil in izpopolnil že omenjeni sistem, ki se imenuje ACI®Acoustic Column Inspector – in je v kombinaciji z inklinometrskim merjenjem deviacij vsakega izvedenega JG elementa izjemno zanesljiva metoda, ki omogoča mirno spanje tako projektanta v fazi snovanja kot izvajalca kasneje pri sami izvedbi.

Metoda ACI® se uporablja za določanje variabilnih parametrov pri izvedbi (to je hitrost dvigovanja in rotiranja ogrodja oziroma suspenzijske šobe za na primer ciljni premer D). Parametre je tako mogoče natančno definirati skozi celotno globino JG elementa, da se prilagajajo sestavi tal.

Akustični senzor za določanje premera JG slopa po ACI® metodi

Sistem preverjanja je izjemno enostaven: na ciljni rob JG slopa se levo in desno od centra na primer na razdalji 1 metra oziroma D/2 do končne globine JG slopa uvrtata dve jekleni palici, na katerih se nahajata akustična senzorja zvoka. Ob izvajanju JG slopa je nato potrebno samo prilagajati hitrost dvigovanja in rotiranja ogrodja tako, da JG curek cementne suspenzije konstantno erodira do jeklene palice. Ko se tako pridobijo enakomerni akustični signali po vsej višini, je bil izveden JG slop z dejanskim premerom D. Opisana kontrola je tako izjemno zanesljiva, da je skoraj nemogoče verjeti, da se je prva ideja o sistemu pred nekaj leti porodila Kellerjevemu razvojnemu inženirju ob igranju električne kitare. Je pa seveda tekoča kontrola zunanjega laboratorija tista, ki na koncu še dodatno potrdi zahtevano oziroma projektirano kvaliteto.

Horizontalne vrtine iz jet grouting slopov

Ob JG slopih je možno izvajati tudi ostale oblike geometrijskih teles, na primer v obliki lamel. V zadnjih nekaj letih se je tehnologija izvedbe tesnilnih lamel zaradi intenzivnega razvoja visokotlačnih črpalk, monitorjev in šob skokovito razvila. JG Soilcrete® lamele se tako najpogosteje uporabljajo pri izvedbi protipoplavnih zaščit, tesnjenju nasipov akumulacijskih jezer, tesnjenju deponij ali izolaciji kontaminiranih območij v kombinaciji s horizontalnimi JG tesnitvami.

Sama tehnologija izvedbe JG Soilcrete® lamel je identična kot pri JG slopih. Razlika je v tem, da ima monitor vgrajeni dve enako veliki šobi pod kotom 150 stopinj, ki pa ob dvigovanju ogrodja ne rotirata, ampak nihata približno med kotoma 12 in 15 stopinj.

Lamelna izvedba jet grouting Soilcrete® kot vertikalni tesnilni element (Tesnenje z JG na Projektu S8, Varšava)

Tako izvedene lamele je mogoče efektivno izvajati približno do globine 22 metrov in doseči projektirano tehnično tesnjenje lamelne zavese.

Detail izvedbe jet grouting Soilcrete® lamel kot vertikalnih tesnilnih elementov

Kot zanimivost naj omenim posebej za projekt St. Kanzian razviti monitor Keller-DX, kjer je bilo potrebno izvesti stabilizacijo obstoječih temeljnih tal, preden se je pričelo z vrtanjem železniškega tunela. S posebno geometrijo šob se je ne glede na sestavo temeljnih tal tako dosegel konstantni premer JG slopa – primarno šobo seka sekundarna šoba natančno pri polmeru D/2 = 75 cm (spodnja slika). S tem se je doseglo, da se energija primarnega curka izniči v točno določeni točki. Cilj je bil izvesti JG slop točno določenega premera, ki bi zmeraj dosegal homogene projektirane tlačne trdnosti. Le-te se ne bi več zniževale zaradi prevelikega premera slopa na delih trase z nepredvidenimi geološkimi razmerami. Hiter razvoj omenjene rešitve je pomembno pripomogel k zmagi na razpisu za izvedbo geotehničnih del v vrednosti preko 30 milijonov evrov.

Princip izvedbe JG Soilcrete® lamel kot vertikalnih tesnilnih elementov v kombinaciji z horizontalno JG tesnitvijo.

Prihodnost in razvoj »jet grouting« tehnologije teče v različne smeri; od že razvitega hibridnega Wassara JG monitorja, kjer je klasični JG monitor združen z vodno gnanim kladivom, pa vse do JG elementov v obliki elipse, za katere je bila razvita posebna programska oprema in temu prilagojena mehanika vrtalnih garnitur. Skoraj kot znanstvena fantastika pa se sliši vgradnja geo radarja v JG monitor, s katerim bi bilo mogoče v realnem času s programsko opremo avtomatsko prilagajati JG parametre obstoječim tlem.

 

 

 

Jaka Majnik, pomagajoč si s podatki Keller Grundbau GmbH

Povezave:

https://www.keller.com

http://www.kellergrundbau.at

https://www.youtube.com/channel/UCDmjB_-kYjvgiUybs-VrEdg

https://www.youtube.com/watch?v=e2aEEUvmLIM