Geotechniek Fracture grouting in zand

More documents

Recommendations

Info

van de hulpstoffen wordt verwezen naar Sanders (2007). Mogelijke reden voor de discrepantie in laboratoriumresultaten en praktijkervaring is het verschil in de effectieve spanningen in de grond. Dit is met behulp van een model [Bezuijen, 2008] berekend en gecontroleerd met proeven welke in de proevenserie van 2008 zijn uitgevoerd door Wilson Au en Luca Masini bij Deltares [Au en Masini, 2008]. Dit idee volgend zouden de grondspanningen bij compensation grouting lager zijn dan de oorspronkelijke spanningen die worden bepaald door het gewicht van de boven liggende grond, zoals verderop zal worden toegelicht. De relevante grout eigenschappen die van invloed zijn op het fracturing proces zullen nu nader worden behandeld. Relevante grout eigenschappen AFPLEISTEREN Bezuijen & Van Tol (2007) hebben beschreven hoe afpleistering van grout het fracturing proces beïnvloedt. Fracturing treedt op omdat de radiale spanning in het zand rond een breuk hoger is dan de tangentiele spanning. Dit zal nader toegelicht worden. Als we kijken naar de zandkorrels rondom een injectiepunt, zien we dat de korrels niet homogeen verdeeld zijn zoals aangenomen wordt in de continuüm mechanica. Op het grensvlak met het zand en de groutinjectie zal tussen enkele korrels meer ruimte zijn dan bij andere. Tussen deze ruimte kan zich grout bevinden, zoals schematisch is weergegeven in figuur 7. Zo lang het grout een vloeistof is, zal de groutdruk alzijdig zijn. Door de druk worden de korrels wat naar buiten gedrukt en zal de radiale spanning op de korrels groter zijn dan de tangentiële. De hogere vloeistofdruk kan dan daar waar ruimte is tussen de korrels, de korrels opzij drukken en een breuk zandkorrels P f injectievloeistof σ θ zandkorrels P f injectievloeistof Fracture grouting in zand initiëren. Hierdoor kan het grout verder indringen en een breuk wordt gevormd. Voorwaarde voor het fracture proces zoals hier beschreven is dat het grout op het niveau van de zandkorrels wel als een vloeistof beschreven mag worden. Wanneer het water uit het grout wordt geperst tijdens injectie en er een zogenaamde filter cake ontstaat op de overgang tussen het grout en het zand, kan die filtercake Figuur 6 Resultaten proevenserie 2006, Links: grout met w/c-factor 20, Rechts: grout met w/c-factor 2 [Sanders, 2007]. Tabel 1 Enkele resultaten proevenserie 2005 en 2006. σ θ lokale vervorming vervorming volgens ‘cavityexpansion’ theorie Figuur 7 Principe schets hoe fracturing geïnitieerd wordt. Figuur 8 Principe schets van afpleistering. voorkomen dat de vloeistofdruk indringt tussen de korrels, zie figuur 8, en zal de fracture stoppen. Verdere injectie is dan alleen mogelijk met hoge druk en zal leiden tot compaction grouting. Bij een lage water-cement factor zit er relatief veel cement in het grout. Dit maakt de filtercake doorlatend (ten opzichte van een filtercake van alleen bentoniet) waardoor sneller een cake van een zekere dikte kan ontstaan die fracturing onmogelijk maakt. Test nr. Bentoniet w/c –factor Piek injectie druk Injectie type % kPa 1 5 1,4 15 * Compaction 2 6,2 2 23,5 Compaction/ fracturing 3 6,2 5 29 Fracturing 4 6,2 20 12 Leak off, fracturing 5 6,2 200 17 Leak off, small fracturing 6 Cross-linked gel 7,5 Fracturing * De maximale pompcapaciteit bedroeg slechts 15 bar, is later verhoogd naar 50 bar. zandkorrels afgepleisterd granulair materiaal σθ P f injectievloeistof GEOtechniek – april 2009 37
De vorming van de filtercake bij bepaalde injectiedrukken en verschillende groutsamenstellingen is nader onderzocht door Bezuijen et al. (2007). LEAK-OFF Leak-off is het indringen van fijne groutdeeltjes in het zandpakket. In figuur 9 is een principeschets getoond van fracturing met daarbij afpleistering en leak-off. Onderzoek van Sanders (2007) toont aan dat bij een hogere water-cement factor en dus lagere concentraties cement in het groutmengsel, meer bentoniet deeltjes in de zandporiën kunnen indringen en dus meer leak off optreedt. INVLOED VAN GRONDDEFORMATIES De proeven in Delft en ook in Cambridge worden uitgevoerd in een homogeen ongestoord zandpakket. In de praktijk zal dit echter niet het geval zijn. In de omgeving van de TAM’s zal er een spanningsverandering optreden bij het installeren daarvan. De TAM’s worden aangebracht met een boorbuis of casing die teruggetrokken wordt als de TAM op positie is. Tussen de boorbuis en de TAM bevindt zich ‘Blitzdämmer’. Dit is grout- Test nr. w/c –factor Piek injectie druk σ' v;initial Piek σ' v Piek σ' h kPa kPa kPa kPa 9 (2006) 5 2900 140 202 450 1 (2008) 5 370 102 102 σ'v;initial = 85 88 4 (2008) 1,8 600 103 120 245 Tabel 2 Enkele grondspanningen 2006 en 2008. 38 GEOtechniek – april 2009 Figuur 9 Principe schets fracturing proces [Gafar et al. 2008]. Figuur 10 Principe schets boorbuis en TAM tijdens installatie [Bezuijen et al. 2008]. mengsel van de cementleverancier Heidelberg. Door de installatie zal de grond in eerste instantie opspannen waarna ontspanning optreedt bij het terugtrekken van de boorbuis en consolidatie van de Blitzdämmer. In figuur 10 is een principe afbeelding getoond van een boorbuis en TAM tijdens installatie met alleen grondverdringing. Uit het model van Bezuijen (2008) volgt dat door spanningsverlaging en daarop volgend spanningsverhoging door groutinjectie een andere reactie van de omliggende grond optreedt dan bij injectie van een homogeen onaangetast zandpakket. Door een spanningsverlaging ontstaat er rondom het injectiepunt een plastisch actieve zone. Een groutinjectie creëert rondom het injectiepunt een plastisch passieve zone. Als de grond rondom het injectiepunt een actieve zone betreft, zal de benodigde injectiedruk lager liggen om een plastische passieve zone te creëren dan wanneer de omliggende grond neutraal is. Voor verdere details wordt verwezen naar Bezuijen et al. (2008) en naar het onderzoek van Wang & Dusseault (1994). Wang & Dusseault (1994) hebben de spanningspreiding van de grond rond een boorgat geanalyseerd ten gevolge van belasting-ontlasting tijdens een boring. In de proevenserie van 2008 is bovenstaande theorie getoetst door de proefopstelling van 2005 en 2006 aan te passen. Om de TAM is een boorbuis ontworpen welke teruggetrokken zal worden na het vullen van de tussenruimte tussen deze boorbuis en TAM met Blitzdämmer. Hierdoor ontstaat de genoemde spanningsverlaging van het omliggende zandpakket. Na een periode van uitharding van de Blitzdämmer wordt het grout geïnjecteerd voor de fracturing proef. Het voorspannen van het pakket door de belastingverhoging door de waterkamer is niet meer uitgevoerd, omdat de pre-conditioning fase nu is vervangen door de vernieuwde opstelling, zoals omschreven is en afgebeeld is in figuur 11. Alle overige procedures zijn wel in overeenstemming met de proevenserie van 2005 en 2006. Zowel de horizontale als de verticale grondspanningen zoals gemeten met de gronddrukopnemers in het zandpakket is in de proevenserie van 2008 significant lager dan in 2005 en 2006. In tabel 2 zijn van één proef uit 2006 en 2 proeven uit 2008 grondspanningen weergegeven. Test 9 uit 2006 en test 1 uit 2008 zijn met eenzelfde groutmengsel uitgevoerd. (w/c-factor = 5, bentonietconcentratie = 6,2 %) Uit de proevenserie blijkt dat met dezelfde grout mengsels als toegepast in 2006, de injectiedrukken veel lager zijn en er ook daadwerkelijk fracturing optreedt. Hieruit volgt dat de installatie van het grouting systeem veel invloed heeft
Page 1 and 2: Fracture grouting in zand Inleiding
Page 3: factor van 1 à 2 wordt gehanteerd.

Geotechniek Fracture grouting in zand

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?