Projektas, finansuojamas ES ekonomikos gaivinimo ir atsparumo didinimo priemonės „NextGenerationEU“ lėšomis, inicijuotas siekiant užpildyti žinių spragą apie tai, kaip specifinės poliuretano dervos keičia grunto struktūrą ne tik lokaliai, bet ir grunto masyve.

Geopolimerų technologijos esmė ir inžinerinė misija

Ši technologija nėra tik paviršinis sprendimas – tai procesas, paremtas specialios formulės poliuretano dervos injekavimu tiesiogiai į gruntą. Tyrimų metu buvo panaudotas plėtrusis geopolimeras. Kadangi pagrindinis tyrimo tikslas buvo įvertinti, ar įmanoma stiprinti gruntus po laikančiosiomis konstrukcijomis bei sudėlioti tikslius matematinius modelius, technologinis procesas buvo nuolat tobulinamas.

Pagrindinis šio tyrimo tikslas yra peržengti įprastus inžinerinius sprendinius: siekiama ne tik užpildyti grunte esančias tuštumas ar pakelti nusėdusias konstrukcijas, bet ir iš esmės pagerinti grunto mechanines savybes bei padidinti jo konstrukcijų laikomąją galią neardančiuoju būdu. Tai procesas, leidžiantis stabilizuoti pagrindus įvairiomis geologinėmis sąlygomis, tačiau sėkmingam jo taikymui būtinas itin tikslus ir moksliškai pagrįstas poveikio vertinimas.

Mitas apie tyrimų netikslumą ir sistemingas atsakas

Inžinerinėje praktikoje egzistuoja tam tikras skepticizmas, jog po injekcijų atliekamas statinis zondavimas (CPT) neparodo realaus pagerėjimo dėl netolygaus injekcinės medžiagos pasiskirstymo. Siekiant tai patikrinti, projektas apima ne pavienius bandymus, o sistemingą tyrimų programą 5 skirtinguose Lietuvos poligonuose: Telšių, Klaipėdos, Elektrėnų, Šakių ir Šiaulių rajonuose.

Telšių poligone V.Kordušo iniciatyva buvo išbandytas permeacinis injektavimas. Permeacinis injektavimas (angl. permeation grouting) – tai grunto stiprinimo ir sandarinimo metodas, kai itin skystas injekcinis mišinys įleidžiamas į gruntą taip, kad jis užpildytų poras tarp dalelių, nesuardydamas natūralios grunto struktūros. Būtent Telšių poligone įvyko proveržis jau pirmuoju bandymu, kuomet sėkmingai pagal sudarytą matematinį modelį ir parengtą tyrimų programą pasiektas rezultatas.

Kompleksinė tyrimų strategija ir etapų seka

Mokslinio tyrimo procesas buvo suplanuotas itin nuosekliai, siekiant gauti maksimaliai objektyvius ir moksliškai pagrįstus duomenis apie 6 skirtingų gruntų tipų – nuo puraus žvyro iki organinių durpių – mechaninę transformaciją. Visas tyrimų ciklas buvo suskaidytas į 2 esminius etapus, kurie leido tyrėjams suformuoti aiškų lyginamąjį vaizdą.

Po proveržio Telšių ir Dvylių poligonuose jau buvo parengta pilnos apimties tyrimų programa. Čia laboratorijoje išbandyti 2 skirtingi gruntų tipai: neplastiškas dulkingas smėlis ir smėlingas žvyras. Šiuose gruntuose gauti labai tikslūs ir kokybiški rezultatai – inžinieriai galėjo prognozuojamai sustiprinti gruntus.

Pirmajame etape inžinieriai atliko pradinius gręžinius ir statinį zondavimą (CPT), taip tiksliai nustatydami natūralią, žmogaus veiklos nepaliestą grunto būklę bei jo pirmines savybes. Ši pradinė diagnostika tapo atskaitos tašku, būtinu tolimesniam vertinimui.

Po geopolimerų injekcijų tyrimas perėjo į antrąjį etapą, kurio metu tose pačiose vietose buvo vykdomi pakartotiniai zondavimai ir papildomi bandymai. Tokia griežta tyrimų seka suteikė inžinieriams galimybę tiesiogiai palyginti grunto mechaninių savybių pokyčius konkrečiuose gyliuose. Tai leido ne tik identifikuoti specifines geologines sąlygas, kuriomis pasiekiamas didžiausias technologinis efektas, bet ir moksliškai įvertinti, kaip tiksliai šiuolaikiniai tyrimų metodai geba užfiksuoti po injekcijų įvykusią grunto struktūros transformaciją.

Laboratorijos „didinamasis stiklas“: ką pamatė idealiomis kontrolės sąlygomis?

Laboratoriniai tyrimai atlikti VILNIUS TECH. Doc. dr. Šarūnas Skuodis – Lietuvos mokslų akademijos jaunosios akademijos tikrasis narys ir inžinierius pabrėžia, kad laboratoriniai tyrimai yra tarsi kontroliuojama smėlio dėžė, kurioje eliminuojami visi pašaliniai trukdžiai. Lauke gruntas yra sluoksniuotas, sudarytas iš skirtingų savybių gruntų. Laboratorijoje mokslininkai sukuria vienalytę aplinką, kuri leidžia pamatyti geopolimero poveikį konkrečiam grunto tipui. Taip galima atlikti etaloninius tyrimus, kurie vėliau lyginami su lauko sąlygų rezultatais.

Ką parodė skaičiai?

Rezultatai laboratorijoje buvo daugiau nei įtikinami. Tiriant smėlingą molį, jo stiprumas po injekcijos padidėjo maždaug 4 kartus (nuo 0,073 MPa iki 0,303 MPa). Dar įspūdingesni rezultatai užfiksuoti smėlio grunte – čia gniuždomasis stipris pasiekė net 6,661 MPa. Tai rodo, kad geopolimeras geba suformuoti itin standų injektuoto grunto karkasą, paversdamas birų smėlį į tvirtą, akmenį primenančią masę.

Tyrimas parodė, kad pasiekiamas efektas yra labai panašus į gruntbetonį. Esminis privalumas – atsiranda galimybė stiprinti gruntus tiesiog po laikančiosiomis konstrukcijomis, o duomenis tiesiogiai naudoti inžineriniams skaičiavimams. Mokslininkai išgrynino ir svarbų techninį niuansą – nustatytos ribinės gruntų savybės, kuriose technologija gali būti pritaikyta.

Į ką būtina atkreipti dėmesį?

Tyrimai patvirtino faktą: technologija veikia. Ji lemia kompleksinį grunto mechaninių, hidraulinių ir deformacinių savybių pagerėjimą, o pagerinimo dydžiai gali būti apskaičiuojami ir kontroliuojami injekcijų metu.

Lauko tyrimų paradoksas: kodėl zondai ne visada fiksuoja sėkmę?

Kai tyrimai persikelia į realią statybvietę, vaizdas tampa sudėtingesnis. UAB „Geolift Baltic“ inžinierius V.Kordušas atkreipia dėmesį į vadinamąjį metodologinį paradoksą, susijusį su statiniu zondavimu (CPT). Tai populiariausias metodas grunto savybėms tikrinti Lietuvoje, tačiau geopolimerų atveju jis gali būti apgaulingas.

Ką parodė tyrimai lauke?

Nors laboratorija įrodė milžinišką stiprėjimą, lauko zondai (CPT) dažnai rodo kur kas nuosaikesnius pokyčius arba jų visai neaptinka. Kodėl? Atsakymas paprastas: plėtrusis geopolimeras grunte plinta gyslomis arba fragmentais, tarsi medžio šaknys. Priklausomai nuo grunto tipo, gruntas gali būti sutankėjęs, pakeitęs savo savybes pagal Robertsono skalę, arba nerodyti jokio pagerėjimo. Tuo tarpu permeacinis injektavimas, veikia tiksliai apskaičiuotame grunto tūryje ir nekeičia šalia esančio grunto savybių.

Poligonuose atlikti tyrimai patvirtino šią situaciją: zondavimas atliktas 1,0–1,5 m nuo injekcijos vietos, todėl fiksavo plėtriojo geopolimero įtaką. Tačiau permeacinio injekcijų tyrimų rezultatai buvo neabejotini – daugeliu atvejų bandymai turėjo būti nutraukti, nes gruntas tapo toks stiprus, kad įranga pasiekdavo savo galimybių ribas, bet tik tada, kai bandyta poveikio zonoje.

Į ką būtina atkreipti dėmesį?

Planuojant grunto stiprinimo darbus būtina remtis ne vien praktika, o išsamiu inžineriniu vertinimu. Svarbiausia – gerai suprasti grunto savybes, įvertinti konstrukcijos tipą ir jos jautrumą deformacijoms bei analizuoti veikiančias apkrovas. Ne mažiau svarbi yra grunto ir konstrukcijos sąveika, nes būtent ji lemia realų stiprinimo efektyvumą. Prieš parenkant sprendinį, turi būti atlikta išsami situacijos analizė: geotechniniai tyrimai, laboratoriniai bandymai ir skaičiavimai pagal galiojančius standartus. Tik tuomet galima pagrįstai parinkti tinkamiausią technologiją ir jos parametrus, užtikrinant patikimą ir prognozuojamą rezultatą. 

Kuo tai naudinga realybėje: praktinė vertė užsakovui ir inžinieriui

Šios įžvalgos iš esmės keičia požiūrį į šią grunto stiprinimo technologiją:

• Saugumas ir pasitikėjimas technologija. Laboratoriniai bandymai suteikia inžinieriams mokslinį įrodymą, kad medžiaga gali sustiprinti gruntą iki uolienos kietumo. Tai leidžia drąsiai taikyti šį metodą ten, kur tradiciniai būdai būtų rizikingi ar techniškai neįmanomi.
• Teisingas lūkesčių valdymas. Užsakovas turi suprasti, kad geopolimerų injekcijų technologija yra inžinerinis mokslas, grindžiamas objektyvia informacija, kuri turi būti surinkta, išanalizuota, o ne paremta sukaupta patirtimi ar iš jausmo.
• Kombinuota kontrolė. Kadangi CPT zondavimas turi savo ribas, pagal situaciją naudoti ir kitus kontrolės metodus, tokius kaip krintančio deflektrometro (angl. Falling Weight Deflectometer, FWD) ar seklieji geofizikiniai tyrimai.

Mokslu pagrįstas proveržis geotechninėje diagnostikoje

Apibendrinant galima daryti išvadą, kad šis tyrimas tapo esminiu lūžiu interpretuojant geopolimerų poveikį gruntui. Laboratoriniai bandymai neginčijamai patvirtino stiprų grunto mechaninių savybių augimą, lauko tyrimai atskleidė geopolimerinių injekcijų ribas, naudojamų medžiagų poveikį ir panaudojamumą.

Dabar vyksta intensyvus duomenų susisteminimas, ataskaitų formulavimas ir gautų rezultatų integravimas į verslo praktiką. Galutinė mokslinio projekto ataskaita bus parengta birželį. Praktinė šio atradimo nauda inžinerinei bendruomenei yra milžiniška, nes ji leidžia specialistams pradėti taikyti šią technologiją – kaip dar vieną sprendinį. Galutinės išvados patvirtina, kad geopolimerų injekcijos yra itin efektyvus įrankis silpniems gruntams stabilizuoti ir sustiprinti ar padidinti esamų konstrukcijų laikomąją gebą.