Қазақстанның Солтүстік Каспий өңірі
Казахстан, северо-каспийский регион
Floor Lifting & Void Filling
2019
Ірі өнеркәсіптік нысандарда бетон плитаның шөгуі сирек жағдайда ғана «ұсақ құрылыс ақауы» болып көрінеді. Тұрмыстық жағдайда еден деңгейінің 50–80 мм айырмасы жай ғана қолайсыздық болуы мүмкін. Ал мұнай-газ нысанында дәл осындай деформация инженерлік тәуекелге айналады: құбыр тіректерінің орналасуы өзгереді, күштер қайта бөлінеді, түйіндерде, фланецтерде, компенсаторларда, металл конструкцияларда және жерасты коммуникацияларында қосымша кернеулер пайда болады.
GEORESIN мамандары дәл осындай міндетпен Қазақстан Республикасының Атырау облысындағы зауыт аумағында жұмыс істеді. Проблемалық аймақ бетон плита мен құбыр тіректері жай ғана абаттандыру элементі емес, нысанның технологиялық инфрақұрылымының бір бөлігі ретінде жұмыс істейтін учаскеде орналасқан. Бастапқы сипаттама бойынша жұмыстар жер қазбай, полимерлі инъекциялар арқылы шөккен жабын плиталары мен құбыр тіректерін қалпына келтіруге қатысты болды.
Жобаның негізгі қиындығы тек шөгу шамасында болған жоқ. Ерекшелігі — жөндеуді инженерлік инфрақұрылымы өте тығыз аймақта орындау қажет болды: құбырлар, тіректер, арматура, кабельдік лотоктар, металл конструкциялар, шектеулі қолжетімділік және өнеркәсіптік қауіпсіздік бойынша жоғары талаптар. Классикалық сценарий — демонтаж, плитаны ашу, топырақты қазу, кері көму және бетондау — қолданыстағы технологиялық учаскеге ұзақ мерзімді араласуды білдірер еді.
GEORESIN басқа шешім ұсынды: Floor Lifting әдісімен кеңеюші геополимерлі құрамды қолдана отырып, негізді инъекциялық тұрақтандыру және шөккен плиталарды көтеру.
Бір қарағанда ақау бетон плитаның тегіс еместігі және тірек белгілерінің ығысуы ретінде көрінді. Бірақ инженерлік диагностика себептің төменде — негізде жатқанын көрсетті.
Зерттеу нәтижелері бойынша мынадай жағдайлар анықталды.
Құбыр тіректері бойынша бастапқы деректерде жобалық және нақты биіктік белгілері арасындағы айырмашылықтар тіркелді. Кесте бойынша жекелеген нүктелердегі ауытқулар 40–93 мм аралығында болды, ал 28 өлшенген нүкте бойынша орташа мән шамамен 75,6 мм құрады. Құбыр эстакадасы мен технологиялық желілердің тіректері үшін бұл енді косметикалық тегіссіздік емес, жүйенің жұмысына әсер етуі мүмкін деформация.
Сұрауда далалық бақылаулар мен геотехникалық есептер нәтижесінде 10–20 см аралығында шөккен аймақтар анықталғаны көрсетілген. Бастапқы жобалық қалыпты қалпына келтіру үшін плиталарды геополимерлі инъекциялармен көтеру әдісін қолдану туралы шешім қабылданды.
Техникалық зерттеу «іргетас — топырақ» жанасу аймағында қалыңдығы 8 см-ге дейінгі қуыстардың бар екенін анықтады. Іргетас плитасының астындағы анықталған қуыстардың жалпы көлемі шамамен 8,8 м³ деп бағаланды.
Динамикалық зондтау іргетас плитасының табанынан төмен орналасқан топырақ қабаттарының әлсіз тығыздалғанын көрсетті. Есепте ДЗ №1 ұңғымасында 0,3–6,0 м тереңдікте қуаты 5,7 м болатын әлсіз негіз аймағы, сондай-ақ ДЗ №2, 3, 4, 5 ұңғымаларында бірнеше әлсіз қабаттар көрсетілген.
Техникалық есепте плита астындағы қуыстар мен негіздің көтергіш қабілетінің жеткіліксіздігі одан әрі үдемелі шөгуге, плитаның бұзылуына және оған орнатылған конструкциялардың зақымдану қаупіне әкелуі мүмкін екені бөлек атап өтілген. Уақтылы шара қолданылмаған жағдайда шөгу 150–300 мм-ге дейінгі критикалық мәндерге жетуі мүмкін еді.
Бұл — маңызды мәселе: тек бетон бетін жөндеу мағынасыз болар еді. Жаңа тұтастырғыш қабат, құю немесе жіктерді жергілікті жөндеу негізгі себепті жоймайды. Негіз әрі қарай тығыздала берер еді, қуыстар ұлғаяр еді, ал плита қайтадан тірегін жоғалтар еді.
Мұндай типтегі өнеркәсіптік алаң үшін дәстүрлі жөндеу бірден бірнеше проблема туындатар еді.
Алдымен қолжетімділікті қамтамасыз ету үшін жабдықтың немесе құбыр байламдарының бір бөлігін демонтаждау қажет болар еді. Содан кейін плитаны ашу, әлсіз топырақты шығару, негізді ауыстыру немесе күшейту, бетонды қалпына келтіру, технологиялық үзілістерді сақтау, жабдықты қайта орнату және белгілерді қайта реттеу керек болар еді.
Қолданыстағы технологиялық аймақ жағдайында бұл мынаны білдірер еді:
жұмыс мерзімінің едәуір ұзаруы;
учаскені тоқтату немесе пайдалануды шектеу қаупі;
жер, бетон және от жұмыстарына қосымша рұқсаттар;
құбырлармен қаныққан аймақ ішінде техниканы күрделі орналастыру;
қолданыстағы коммуникацияларды зақымдау ықтималдығы;
ылғалды процестер, шаң, демонтаж, шу және қолжетімділікті ұзақ қалпына келтіру.
Сондықтан бұл жоба стандартты болған жоқ: тек «плитаны көтеру» емес, қолданыстағы құбырлар мен тіректер орналасқан аймақта негіздің жұмыс қабілетін қалпына келтіру және бар инфрақұрылымның тұтастығын барынша сақтау қажет болды.
Нысан үшін кеңеюші полиуретанды / геополимерлі құрамды қолдана отырып, плиталарды инъекциялық көтеру әдісі таңдалды. Қолдану сипаттамасында технология былай түсіндіріледі: сұйық компонент бетондағы шағын тесіктер арқылы айдалады, содан кейін кеңейеді, плита мен негіз арасындағы қуыстарды толтырады және шөккен плитаға көтеруші қысым жасайды.
Әдістің мәні үш бірізді әрекеттен тұрады.
Плитада диаметрі шамамен 6–12 мм болатын технологиялық тесіктер бұрғыланады. Сол тесіктерге инъекциялық түтіктер орнатылады. Бұл технологияны плитаны ашудан түбегейлі ерекшелендіреді: демонтаждың орнына плита астындағы кеңістікке нүктелік қолжетімділік жасалады.
Өнеркәсіптік нысан үшін бұл өте маңызды. Шағын тесіктер құбырлар, тіректер және жабдықтар маңында қолданыстағы конструкцияны бұзбай жұмыс істеуге мүмкіндік береді.
Кеңеюші құрам сұйық фазада енгізіледі. Материал аққыштығын сақтап тұрған кезде қуыстарға, бос жерлерге және тығыздығы төмен аймақтарға енеді. Содан кейін кеңею және қатаю реакциясы басталады. Материал бос көлемді толтырып, плита астында жаңа тірек ортасын қалыптастырады.
Бұл нысанда негізгі міндет шамамен 8,8 м³ көлеміндегі анықталған қуыстарды жою және плита мен негіз арасындағы байланысты қалпына келтіру болды. Мұнсыз плита қуыс үстінде «көпір» сияқты жұмысын жалғастырар еді: жүктеменің бір бөлігі біркелкі берілмей, иілу кернеулері, жарықшақ түзілуі және деформацияның әрі қарай дамуы пайда болар еді.
Қуыстар толтырылғаннан кейін материалдың кеңеюі басқарылатын көтеруші күш тудыра бастайды. Көтеру лазерлік өлшеу аспаптарымен бақыланады. Технологияның бастапқы сипаттамасында инъекция кезінде конструкцияның мінез-құлқы ең аз көтерілуді де тіркейтін дәл лазерлік өлшеу құрылғысымен бақыланатыны көрсетілген. Плита беті көтеріле бастаған кезде бұл негіздің жүктемені қабылдау үшін жеткілікті қарсы қысымға жеткенін білдіреді.
Бұл «материалды соқыр түрде құю» емес. Инъекциялар конструкцияның нақты реакциясы бойынша орындалады: материал тірек қалпына келгенге, тұрақтану болғанға және бақыланатын көтеру қамтамасыз етілгенге дейін беріледі.
Динамикалық зондтау деректері бойынша негізде әлсіз тығыздалған топырақ интервалдары болған. Бұл пайдалану кезінде плита мен тіректер жүктемені жеткілікті қаттылығы мен біркелкілігі жоқ негізге бергенін білдіреді.
Деформация механизмін былай сипаттауға болады:
құбырлар мен тіректерден түсетін жүктеме плитаға беріледі;
плита қысымды негізге береді;
топырақтың әлсіз аймақтары қосымша тығыздалады;
плита мен негіз арасында қуыстар пайда болады;
плита біркелкі тірегін жоғалтады;
жүктеме жекелеген учаскелерге қайта бөлінеді;
қосымша иілу, жарықшақтар, қисаюлар және шөгулер пайда болады;
деформация үдемелі түрде дами бастайды.
Мұндай процестің басты қауіптілігі — ол сирек жағдайда өздігінен тоқтайды. Егер плита астында қуыс қалыптасып қойған болса, дірілдер, технологиялық жүктемелер, құбырлардың температуралық деформациялары және пайдалану әсерлері кезінде негізбен байланыс нашарлай береді. Плита барған сайын біркелкі емес жұмыс істейді, ал конструктивтік элементтер өздері есептелмеген жүктемелерді қабылдай бастайды.
Сондықтан GEORESIN «көрінетін ақауды» емес, оның себебін — әлсіз негізді және плита астындағы қуыстарды шешті.
Жұмыстар қолданыстағы өнеркәсіптік аймаққа араласуды барынша азайтатындай етіп ұйымдастырылды.
Инъекциялар алдында негізге диагностика жүргізілді. Жұмыс құрамына визуалды қарау, динамикалық зондтау, алынған нәтижелерді камералдық өңдеу және техникалық қорытындылар дайындау кірді. Зондтаудың мақсаты — топырақтың беріктік сипаттамаларын анықтау, қуыстарды табу және негіздің шартты динамикалық кедергісін есептеу.
DPM 30-20 класты динамикалық зондтау жабдығы қолданылды. Сынақтар зонд 10 см интервалға батырылған кезде балға соққыларының санын тіркеу арқылы орындалды. Нәтижелер бойынша топырақтың шартты динамикалық кедергісі Pd анықталды.
Инженерлер мына деректерді салыстырды:
зондтау деректері;
құбыр тіректерінің нақты биіктік белгілері;
шөгу геометриясы;
плита астындағы қуыстардың орналасуы;
құбырлар мен конструкциялардың орналасуы;
бұрғылау нүктелерінің қолжетімділігі;
өнеркәсіптік қауіпсіздік талаптары.
Осылайша инъекциялау схемасы қалыптастырылды. Жоспарда проблемалық аймақ құбыр тіректерінің және тұрақтандыруды қажет еткен плита учаскесінің жанындағы байланысы толық емес жұмыс аймағы ретінде белгіленді.
Плитада шағын диаметрлі тесіктер орындалды. Олардың орналасуы қуыстарды біркелкі толтыруды және көтеруді қамтамасыз ететіндей, бірақ қолданыстағы конструкцияларды зақымдамайтындай етіп таңдалды.
Тапсырыс беруші үшін бұл ауыр жер қазу техникасының, үлкен бетон карталарын ашудың және аймақты ұзақ уақыт тоқтатудың қажеті жоқ дегенді білдірді.
Материал инъекциялық түтіктер арқылы плита астына берілді. Плита астындағы кеңістікте ол кеңейіп, қуыстарды толтырды және әлсіз аймақтарды тығыздады.
Технологиялық тұрғыдан бұл дәл хирургиялық операцияға ұқсайды: материал шағын порциялармен енгізіледі, ал инженер конструкцияның реакциясын бақылайды. Егер плита жоғары қарай қозғала бастаса, бұл қуыстардың толғанын және негіздің жеткілікті қарсыласу алғанын білдіреді.
Инъекция кезінде конструкцияның орын ауыстырулары бақыланды. Бақылау тек нәтижеге жету үшін ғана емес, қауіпсіздік үшін де қажет: құбырлар аймағында бақыланбайтын көтеруге, қисаюға немесе тіректердің жағдайының күрт өзгеруіне жол беруге болмайды.
Инъекциялық әдіс кәдімгі кері көму кезінде қолжетімсіз дәлдікпен жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Көтеруді конструкцияның қажетті реакциясына жеткен сәтте тоқтатуға болады.
Инъекциялар аяқталғаннан кейін технологиялық тесіктер жабылды. Плита беті ауқымды демонтаж және бетон жұмыстарының іздерінсіз пайдалануға жарамды күйін сақтады.
Бұл нысанды кәдімгі «бетон еденді тегістеу» ретінде қарастыруға болмайды. Мұнда GEORESIN әрбір шөгуі технологиялық қауіпсіздікке әсер етуі мүмкін өнеркәсіптік жүйемен жұмыс істеді.
Жобаның стандартты емес сипатын төрт фактор анықтады.
Жұмыстар құбырлардың, тіректердің, арматураның және металл конструкциялардың астында және жанында жүргізілді. Маневр жасау кеңістігі шектеулі болды.
Динамикалық зондтау әлсіз және анағұрлым тығыз интервалдардың кезектесуін көрсетті. Бір аймақта негіз зондтауға дерлік қарсыласпауы мүмкін, ал төменірек қабатта Pd мәндері жоғары болуы мүмкін. Бұл шаблонды инъекция торын емес, топырақ пен плитаның нақты реакциясына бейімделуді талап етті.
Егер плита астында тек қуыстар ғана болса, міндет оларды толтырумен шектелер еді. Егер тек әлсіз топырақ болса, тереңдік бойынша күшейту қажет болар еді. Бұл нысанда екі фактор бір мезгілде болды: 8 см-ге дейінгі қуыстар және бірнеше метр тереңдікке дейінгі әлсіз тығыздалған негіз аймақтары.
Өнеркәсіптік тапсырыс беруші үшін мәселені конструкцияларды ауқымды бөлшектемей шешу маңызды болды. Дәл осы себепті инъекциялық технология оңтайлы шешімге айналды: ол шағын тесіктер арқылы жұмыс істеуге және көтеруді бақылау режимінде басқаруға мүмкіндік берді.
Қазақстандағы өнеркәсіптік алаңдар — мұнай өңдеу зауыттары, газ өңдеу зауыттары, химиялық өндірістер, қоймалар, ЖЭО, компрессорлық станциялар, мұнай базалары және логистикалық кешендер — үшін GEORESIN әдісі бірнеше себеп бойынша ерекше құнды.
Инъекциялар жергілікті түрде орындалады. Көп жағдайда плитаның үлкен учаскелерін демонтаждау, топырақты шығару және ұзақ мерзімді құрылыс алаңын ұйымдастыру қажет емес.
Материал цемент ерітінділері сияқты негізді сумен қанықтыруды талап етпейді. Бұл қосымша су әлсіз топырақтардың жағдайын нашарлатуы немесе коммуникацияларға әсер етуі мүмкін аймақтарда өте маңызды.
Геополимерлі құрам сұйық фазадан қатты фазаға жылдам өтеді. Технология сипаттамасында материал шамамен 15 минут ішінде қажетті беріктікке жететіні, содан кейін өңделген топырақ қайтадан жүктемелерді қабылдай алатыны көрсетілген.
Көтеру «қағаздағы есеп» бойынша емес, нақты орын ауыстыруларды тұрақты бақылау арқылы жүреді. Бұл әсіресе құбыр тіректері үшін маңызды, өйткені мұнда күрт қисаюларға жол берілмейді.
GEORESIN жабдығы ықшам. Жұмыстарды орындау артықшылықтарының бірі ретінде ауыр бұрғылау немесе жер қазу техникасын әкелмей, толық жабдықталған С класты автомобильді қолдану мүмкіндігі көрсетілген.
Жоба аясында GEORESIN учаскенің жұмыс қабілетін инженерлік тұрғыдан қалпына келтірді: негізді тұрақтандырды, плита астындағы қуыстарды жойды және шөккен аймақтардың бақыланатын көтерілуін қамтамасыз етті.
Тапсырыс беруші үшін бұл жай ғана «тегістелді» деген нәтиже емес еді. Практикалық әсер әлдеқайда кең болды:
одан әрі үдемелі шөгу ықтималдығы төмендетілді;
плита мен негіз арасындағы байланыс қалпына келтірілді;
плитаның қуыстар үстінде жұмыс істеуінен бұзылу қаупі азайтылды;
құбыр тіректері аймағындағы қосымша кернеулер төмендетілді;
жұмыстар ауқымды демонтажсыз орындалды;
бетонның үлкен ауданын ашу қажеттілігі жойылды;
ылғалды процестер мен жер жұмыстары барынша азайтылды;
өнеркәсіптік аймақтың пайдалану логикасы сақталды.
Ең бастысы — деформацияның сыртқы белгісі емес, оның себебі жойылды.
Бұл кейс Қазақстандағы өнеркәсіптік алаңдарға тән: мұндай нысандар ондаған жылдар бойы жұмыс істейді, ал олардың негіздері жүктемелердің, дірілдердің, температуралық циклдердің, техногендік ылғалданудың, ағып кетулердің, жерасты коммуникацияларының және жергілікті шайылудың тұрақты әсеріне ұшырайды.
Негізді тексеру қажет, егер нысанда мына белгілер пайда болса:
жабдық маңындағы бетон плитаның шөгуі;
құбыр тіректері жанындағы еден деңгейінің айырмашылығы;
бағаналар немесе тіректер іргетастарының айналасындағы жарықшақтар;
плита мен негіз арасындағы саңылаулар;
еңістер мен биіктік белгілерінің бұзылуы;
жіктердің деформациясы;
плита астынан діріл немесе «бос» дыбыс шығуы;
жөндеуден кейін жарықшақтардың қайта пайда болуы;
құбыр тіректерінің ығысуы;
жабындағы жергілікті ойыстар;
шөгуден кейін жабдықты реттеу мәселелері.
Әсіресе ақау біртіндеп дамитын жағдай қауіпті. Бүгін айырмашылық 40–50 мм болса, бір маусымнан кейін 80–100 мм-ге жетуі мүмкін, содан кейін жарықшақтар, қисаюлар және пайдалануға шектеулер пайда болады.
Нысан бойынша есепте уақтылы шара қолданылмаған жағдайда үдемелі шөгу 150–300 мм-ге дейін жетуі мүмкін екені көрсетілген.
Өнеркәсіптік алаң үшін бұл қазірдің өзінде авариялық сценарий. Мұндай деформациялар кезінде мыналар болуы мүмкін:
бетон плитаның бұзылуы;
жергілікті тіректердің тұрақтылығын жоғалтуы;
жерасты коммуникацияларының зақымдануы;
құбырлар геометриясының бұзылуы;
қосылыстардың герметикалығының жоғалуы;
технологиялық процестің бір бөлігінің тоқтауы;
қалпына келтіру құнының бірнеше есе өсуі.
Инъекциялық әдістің құндылығы — ол конструкция әлі жөндеуге жарамды, бірақ деформация себебі белгілі болған кезеңде араласуға мүмкіндік береді.
Бұл учаскедегі жоба өнеркәсіптік нысанда бетон плиталардың шөгуі әрдайым демонтаж бен ауыр құрылыс жөндеуін қажет етпейтінін көрсетті. Егер себеп қуыстар мен әлсіз негізде болса, оны инъекциялық жолмен жоюға болады: шағын тесіктер арқылы, қуыстарды бақыланатын түрде толтырып, топырақты тұрақтандырып және плитаны лазерлік мониторингпен көтеру арқылы.
Қазақстан кәсіпорындары үшін бұл әсіресе өзекті: көптеген нысандар тығыз өнеркәсіптік құрылыс жағдайында жұмыс істейді, мұнда учаскені тоқтату, бетонды ашу және жер қазу жұмыстары жөндеудің өзінен де қымбатқа түсуі мүмкін.
GEORESIN мұндай міндеттерді инженерлік жолмен шешеді: алдымен диагностика, содан кейін инъекциялаудың есептік схемасы, одан кейін негіз бен плитаны бақыланатын қалпына келтіру. Бұл — бетті косметикалық жөндеу емес, шөгудің себебін нысан жұмысына минималды араласумен жою
