1. Wstęp
Wysokociśnieniowa iniekcja strumieniowa (ang. jet-grouting) jako technologia znana była i wykorzystywana do zwiększania nośności gruntów w świecie już od ponad czterdziestu lat. Do Europy przywędrowała z Japonii na początku lat siedemdziesiątych. W Polsce pierwsze zastosowania iniekcji strumieniowej odnotowano na początku lat dziewięćdziesiątych.
Metoda ta umożliwia polepszenie parametrów mechanicznych gruntu jak również jego uszczelnienie, polegające na mieszaniu gruntu z zaczynem tłoczonym pod wysokim ciśnieniem rzędu 30-50 MPa. W trakcie wykonywania pali jet-gruouting zachodzą trzy następujące po sobie procesy:

• zniszczenie naturalnej struktury gruntu strumieniem zaczynu podanego pod bardzo dużym ciśnieniem,
• odspojenie gruntu i wydobycie nadmiaru urobku na powierzchnię,
• częściowa wymiana gruntu poprzez mieszanie pozostałego odspojonego gruntu z zaczynem cementowym, którego efektem jest powstanie tzw. cementogruntu.

Najczęściej stosowanym środkiem stabilizującym jest zaczyn cementowy z użyciem cementu portlandzkiego marki CEM 32,5 lub CEM 42,5. Istnieje możliwość użycia innych mieszanek, np. iniekty z dodatkiem bentonitu, w celu uzyskania większej szczelności i w sytuacji, gdy parametry wytrzymałościowe cementogruntu mają znaczenie drugorzędne. W zależności od rodzaju i przepuszczalności wzmacnianego gruntu stosunek wagowy wody do cementu (w/c) w wykorzystywanych zaczynach cementowych powinien kształtować się w granicach od 0,5 do 1,5 (małe w/c dla gruntów przepuszczalnych, większe w/c dla gruntów słabo przepuszczalnych). Wytrzymałość materiału powstałych kolumn tzw. cementogruntu kształtuje się w granicach od 3 do 5 MPa, w gruntach organicznych < 1 MPa, w gruntach żwirowych można otrzymać wytrzymałość > 5 MPa.

W skład zestawu roboczego wchodzi zestaw do wytworzenia i podawania iniektu cementowego tj. silos, zestaw mieszalników oraz pompa wysokociśnieniowa, która jest połączona za pomocą wysokociśnieniowych przewodów z urządzeniem wiercącym.

2. Opis technologii

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I. Najechanie maszyny na wcześniej przygotowaną platformę roboczą oraz ustawienie przewodu wiertniczego w osi wykonywanego otworu. Konstrukcję przewodu do wiercenia pali j-g przedstawia.
II. Wywiercenie otworu za pomocą żerdzi wiertniczych zakończonych koronką wiertniczą i poprzedzającym ją tzw. monitorem z zainstalowanymi dyszami iniekcyjnymi.
III. Rozluźnianie struktury gruntu przeprowadza się za pomocą bardzo silnego strumienia i rozpoczyna się od najgłębszego punktu odwiertu. Podnoszenie żerdzi jest prowadzone z automatycznie kontrolowaną prędkością wzniosu. Przez obracający się zestaw żerdzi podawany jest iniekt pod ciśnieniem rzędu 30–50 MPa, z wydatkiem 50–450 l/min do monitora. Po zmieszaniu gruntu ze spoiwem zachodzi proces wiązania, tworząc gruntowo-cementową strukturę uformowanej bryły iniekcyjnej.
IV. Zakończenie ciśnieniowego mieszania gruntu na głębokości zgodnej z projektem.
V. Przy zastosowaniu pali jet-grouting można realizować wykonanie kolumn o różnych średnicach, w zależności od stosowanego ciśnienia, czasu iniekcji, ruchu posuwistego żerdzi i prędkości obrotowej podczas jej wyciągania.

3. Zalety systemu
Metoda iniekcji strumieniowej ma wiele zalet. System jet-grouting może być stosowany prawie w każdych warunkach gruntowych. Technologia pozwala na kształtowanie w podłożu elementów konstrukcyjnych o złożonych kształtach i dowolnej długości oraz różnym przeznaczeniu i usytuowaniu. Powstały ośrodek gruntowo-cementowy wykazuje jednolitą strukturę oraz znaczną wytrzymałość na ściskanie. Jest oprócz mikropali i iniekcji niskociśnieniowej technologią pozwalającą na wzmacnianie istniejących fundamentów i placów wykonanych z płyt żelbetowych (płyty lotnisk, nabrzeża itp.) bez konieczności ich demontażu. Metoda może być stosowana w przypadkach, gdy brak jest miejsca dla ciężkiego sprzętu, a także daje możliwość wykonywania wzmocnienia we wnętrzach pomieszczeń, co często pozwala wzmacniać fundamenty istniejących już obiektów.

Inne zalety technologii J-G to:

• ośrodek gruntowo-cementowy wykazuje jednolitą strukturę i trwałą obojętność chemiczną,
• nie powoduje degradacji podłoża oraz skażenia wód gruntowych,
• metoda może być stosowana w przypadkach, kiedy brak jest miejsca dla ciężkiego sprzętu o dużych wymiarach,
• nie powoduje zmian wartości ciśnienia porowego w gruncie poza upłynnioną przestrzenią,
• charakteryzuje się dużym tempem realizacji prac,
• nie wywołuje drgań podłoża i może być prowadzona w bezpośrednim sąsiedztwie istniejącej zabudowy.
• Podstawową wadą technologii J-G jest konieczność usuwania z placu robót upłynnionego gruntu zawierającego cement.

4. Przykładowe realizacje:

• Budowa drogi ekspresowej S-69 Bielsko-Biała – Żywiec – Zwardoń od węzła Rosta (Komorowice/Rosta) do węzła Krakowska. W ramach zadania wykonano 156szt. pali jet-grouting o średnicy 600mm, o łącznej długości 858mb, zbrojonych kształtownikiem stalowym HEB100. Pale stanowią wzmocnienie gruntu pod przepust drogowy PDR-5. Prace wykonane zostały w terminie od maj do czerwiec 2009r.
• Zabezpieczenie i stabilizacja osuwiska wraz z usunięciem skutków w ciągu drogi powiatowej nr 2078 Kobyle – Lipnica Górna w miejscowości Borówna, Gmina Lipnica Murowana kształtownikiem stalowym HEB120mb, stanowią mury oporowe. Prace prowadzone były w dwóch etapach, we wrześniu i grudniu 2011r.
• Budowa drogi ekspresowej S3 w. Międzyrzecz Południe - w. Sulechów - odcinek 1. W ramach zadania wykonano 234mb pali jet-grouting o średnicy 600mm. Zastosowane jako pale fundamentowe pod obiekt mostowy WD-14. Prace wykonane zostały w terminie od październik do listopad 2010r.