Новітні технології підсилення ґрунтової основи будівель методом пакетного високонапірного ін'єкціювання

Донцова, Анна Олександрівна
Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6060
Повний запис метаданих
Поле DC	Значення	Мова
dc.contributor.advisor	Юрченко, Сергій Васильович	-
dc.contributor.author	Донцова, Анна Олександрівна	-
dc.date.accessioned	2025-11-18T21:59:30Z	-
dc.date.available	2025-11-18T21:59:30Z	-
dc.date.issued	2023-12	-
dc.identifier.uri	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6060	-
dc.description.abstract	Актуальність теми досліджень. Останні десятиліття будівництво у великих містах України активно розвивається у напрямі повного використання простору. Майданчики, які раніше вважалися малопридатними, активно освоюються. У центральних районах багатьох міст існує велика кількість вільних територій привабливих для інвестицій у нерухомість. Ґрунтова основа цих майданчиків часто характеризується складними інженерно геологічними умовами: неоднорідним рельєфом, наявністю техногенних, слабких або просадних ґрунтів значної потужності, змінним рівнем ґрунтових вод, присутністю підземних комунікацій, фрагментів занедбаних будов тощо. Паралельна тенденція сучасного міського будівництва зростання поверховості будівель, що зводяться, що призводить до збільшення навантажень. У результаті, на практиці нерідко доводиться стикатися з необхідністю підсилення ґрунтової основи як споруджуваних, так і у разі реконструкції або погіршення фізико механічних властивостей ґрунтів, існуючих будівель. Підсилення, часто, доцільно виконувати високонапірним ін'єктуванням нагнітання рухомого цементно піщаного розчину під тиском, що перевищує структурну міцність грунту, що призводить до порушення суцільності масиву у вигляді щілинних розривів з подальшим їх заповненням ін'єкційною сумішшю. В результаті твердіння формуються тіла з високими фізико механічними характеристиками, що армують основу і ущільнюють навколишній грунт. За допомогою високонапірного ін'єктування можна вирішувати різні геотехнічні завдання: підсилювати ґрунтову основу аварійних і реконструйованих будівель; ущільнювати насипні та лесові просадні ґрунти; закріплювати ґрунтову основу для підвищення стійкості укосів; виконувати інженерну підготовку під нове будівництво; створювати протифільтраційні завіси, геотехнічні бар'єри та ін. Однак, утворення розривів у ґрунті при нагнітанні (їх кількість, розміри та напрямок) часто носить випадковий характер, що призводить до формування твердих ін'єкційних тіл непередбачуваної форми і ставить під сумнів якість 6 ін'єкційних робіт. Це особливо виразно проявляється у міських умовах зі слабкими, насипними та техногенними ґрунтами, за наявності підземних комунікацій, похованих будівель, підвалів тощо. Традиційно, надійність підсилення високонапірним ін'єктуванням забезпечується збільшенням обсягу розчину, що нагнітається, що веде до суттєвого зростання трудовитрат і подорожчання робіт. Таким чином, удосконалення методу підсилення ґрунтової основи будівель високонапірним ін'єктуванням цементно--піщаного розчину є актуальним геотехнічним завданням та має практичне значення.	uk_UA
dc.language.iso	uk	uk_UA
dc.subject	новітні технології; грунтова основа будівель; ін'єкціювання; тверді ін'єкційні тіла; цементно-піщаний розчин	uk_UA
dc.title	Новітні технології підсилення ґрунтової основи будівель методом пакетного високонапірного ін'єкціювання	uk_UA
dc.type	Master Thesis	uk_UA
Розташовується у зібраннях:	192 Будівництво та цивільна інженерія (Промислове і цивільне будівництво)
Файли цього матеріалу:
Файл	Опис	Розмір	Формат
МАГІСТЕРСЬКА РОБОТА Донцова.pdf Restricted Access		7.26 MB	Adobe PDF	Переглянути/Відкрити Запит копії
Показати базовий опис матеріалу Перегляд статистики
Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищено авторським правом, усі права збережено.
Extracted text
Міністерство освіти і науки України 
Черкаський державний технологічний університет 
Факультет технологій, будівництва та раціонального природокористування 
Кафедра промислового та цивільного будівництва 
 
 
«ДО ЗАХИСТУ ДОПУСТИТИ» 
Завідувач кафедри ПЦБ 
к.т.н., доцент Сергій ПРЯНИК 
___________________________ 
« _____ » ______________ 2023 р. 
 
 
 
 
Пояснювальна записка 
до кваліфікаційної роботи магістра 
 
магістр 
(освітній рівень) 
на тему: «Новітні технології підсилення грунтової основи будівель методом 
пакетного високонапірного ін'єкціювання» 
(найменування теми) 
 
 
Виконав: ЗВО 2 курсу, групи МГБ-204 
спеціальності 192 – «Будівництво та цивільна інженерія» 
                                                 (шифр, назва)   
освітньої програми – Промислове і цивільне будівництво 
                                                  (назва)   
 
                                          
 
__________________                                   Анна Донцова 
                       (підпис)                                                     (прізвище, ініціали) 
 
 
 
Керівник кваліфікаційної роботи магістра 
_________старший викладач Юрченко С.В.__________                 __________________ 
                         (науковий ступінь, вчене звання, прізвище, ініціали)                                                                                  (підпис) 
 
Рецензент кваліфікаційної роботи магістра 
________________________________________                  __________________ 
                  (посада, науковий ступінь, вчене звання, прізвище, ініціали)                                                                           (підпис) 
 
 
 
 
                                                                      
 
Черкаси – 2023 року 
3 
 
ЗМІСТ  
  
ВСТУП………………………………………………………………………… 5 
РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ МЕТОДІВ ПІДСИЛЕННЯ НАГНІТАННЯМ  
РУХОМИХ РОЗЧИНІВ І АРМУВАННЯМ ГРУНТОВОЇ ОСНОВИ……... 9 
1.1. Історичні відомості про досвід підсилення ґрунтів методом  
нагнітання рухомих розчинів………………………………………………… 9 
1.2. Класифікація методів підсилення ґрунтової основи нагнітанням  
розчинів……………………………………………………………………….. 11 
1.3. Високонапірне ін'єкціювання, переваги та недоліки методу,  
технологічні прийоми………………………………………………………. 13 
1.4. Армування ґрунтової основи вертикальними елементами…………... 27 
Висновки до розділу 1………………………………………………………. 30 
РОЗДІЛ 2. РОЗГЛЯД ФОРМИ ІН'ЄКЦІЙНИХ ТІЛ, ОТРИМАНИХ ПРИ  
НАГНІТАННІ РУХОМОГО РОЗЧИНУ ПАКЕТНИМ  
ВИСОКОНАПІРНИМ ІН'ЄКЦІЮВАННЯМ………………………………. 31 
2.1. Аналіз обґрунтування концепції методу пакетного високонапірного  
ін'єкціювання…………………………………………………………………. 31 
2.2. Аналіз досліджень у лабораторних умовах……………………………. 34 
2.3. Аналіз досліджень у натурних умовах ………………………………… 41 
Висновки до розділу 2………………………………………………………... 50 
РОЗДІЛ 3. АНАЛІЗ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОБГРУНТУВАННЯ  
ПАРАМЕТРІВ ПІДСИЛЕННЯ ГРУНТОВОЇ ОСНОВИ МЕТОДОМ  
ПАКЕТНОГО ВИСОКОНАПІРНОГО ІН'ЄКЦІЮВАННЯ……………….. 51 
3.1. Аналіз схеми розташування армоелементів на деформації ґрунтової  
основи фундаментів дрібного закладення………………………………….. 51 
3.2. Аналіз схеми розташування армоелементів на деформації ґрунтової  
основи фундаментів дрібного закладання при підсиленні контурним  
армуванням…………………………………………………………………… 57 
3.3. Аналіз впливу схеми розташування твердих включень на деформації  
ґрунтової основи пальових фундаментів……………………………………. 66 
4 
 
3.4. Аналіз підсилення ґрунтової основи пальових фундаментів під  
машини з динамічними навантаженнями …………………………………... 75 
Висновки до розділу 3 ……………………………………………………….. 79 
РОЗДІЛ 4. ПІДСИЛЕННЯ ГРУНТОВОЇ ОСНОВИ БУДІВЕЛЬ  
МЕТОДОМ ПАКЕТНОГО ВИСОКОНАПІРНОГО ІН'ЄКЦІЮВАННЯ…. 80 
4.1. Підхід до підсилення ґрунтової основи пакетним високонапірним  
ін'єктуванням…………………………………………………………………. 80 
4.2. Підсилення фундаментів методом пакетного високонапірного  
ін'єктування…………………………………………………………………… 83 
4.3. Техніко-економічний аналіз ефективності запропонованої  
технології……………………………………………………………………… 98 
Висновки до розділу 4………………………………………………………... 99 
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ……………………………………………………... 101 
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ…………………………………….. 102 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 
 
ВСТУП 
 
Актуальність теми досліджень. Останні десятиліття будівництво у 
великих містах України активно розвивається у напрямі повного використання 
простору. Майданчики, які раніше вважалися малопридатними, активно 
освоюються. У центральних районах багатьох міст існує велика кількість 
вільних територій привабливих для інвестицій у нерухомість. Ґрунтова основа 
цих майданчиків часто характеризується складними інженерно-геологічними 
умовами: неоднорідним рельєфом, наявністю техногенних, слабких або 
просадних ґрунтів значної потужності, змінним рівнем ґрунтових вод, 
присутністю підземних комунікацій, фрагментів занедбаних будов тощо. 
Паралельна тенденція сучасного міського будівництва – зростання поверховості 
будівель, що зводяться, що призводить до збільшення навантажень. У 
результаті, на практиці нерідко доводиться стикатися з необхідністю підсилення 
ґрунтової основи як споруджуваних, так і у разі реконструкції або погіршення 
фізико-механічних властивостей ґрунтів, існуючих будівель. 
Підсилення, часто, доцільно виконувати високонапірним ін'єктуванням - 
нагнітання рухомого цементно-піщаного розчину під тиском, що перевищує 
структурну міцність грунту, що призводить до порушення суцільності масиву у 
вигляді щілинних розривів з подальшим їх заповненням ін'єкційною сумішшю. 
В результаті твердіння формуються тіла з високими фізико-механічними 
характеристиками, що армують основу і ущільнюють навколишній грунт. 
За допомогою високонапірного ін'єктування можна вирішувати різні 
геотехнічні завдання: підсилювати ґрунтову основу аварійних і 
реконструйованих будівель; ущільнювати насипні та лесові просадні ґрунти; 
закріплювати ґрунтову основу для підвищення стійкості укосів; виконувати 
інженерну підготовку під нове будівництво; створювати протифільтраційні 
завіси, геотехнічні бар'єри та ін. 
Однак, утворення розривів у ґрунті при нагнітанні (їх кількість, розміри 
та напрямок) часто носить випадковий характер, що призводить до формування 
твердих ін'єкційних тіл непередбачуваної форми і ставить під сумнів якість 
6 
 
ін'єкційних робіт. Це особливо виразно проявляється у міських умовах зі 
слабкими, насипними та техногенними ґрунтами, за наявності підземних 
комунікацій, похованих будівель, підвалів тощо. 
Традиційно, надійність підсилення високонапірним ін'єктуванням 
забезпечується збільшенням обсягу розчину, що нагнітається, що веде до 
суттєвого зростання трудовитрат і подорожчання робіт. 
Таким чином, удосконалення методу підсилення ґрунтової основи 
будівель високонапірним ін'єктуванням цементно-піщаного розчину є 
актуальним геотехнічним завданням та має практичне значення. 
Метою кваліфікаційної роботи є аналіз ефективного методу підсилення 
ґрунтової основи будівель твердими ін'єкційними тілами, сформованими 
пакетним високонапірним ін'єктуванням цементно-піщаного розчину.  
Для досягнення мети поставлено та вирішено такі завдання: 
1. Виконати аналіз існуючих методів підсилення ґрунтової основи та 
фундаментів нагнітанням цементно-піщаного розчину. 
2. Розглянути форму твердих ін'єкційних тіл, одержаних пакетним 
високонапірним ін'єктуванням цементно-піщаного розчину в ґрунтовий масив 
на підставі аналізу результатів лабораторних та натурних експериментів. 
3. На основі аналізів досліджень виявити закономірності зміни 
деформаційного стану основи за різних схем підсилення фундаментів дрібного 
закладення, плитних та пальових фундаментів твердими ін'єкційними тілами. 
4. Проаналізувати метод підсилення ґрунтової основи фундаментів 
дрібного закладення, плитних фундаментів, пальових фундаментів, у тому числі 
під машини з динамічними навантаженнями, твердими ін'єкційними тілами, 
сформованими пакетним високонапірним ін'єктуванням. 
Об'єктом дослідження є грунтова основа, підсилена твердими 
ін'єкційними тілами, сформованими пакетним високонапірним ін'єктуванням 
цементно-піщаного розчину. Предметом дослідження є форма і розміри 
ін'єкційних тіл, створюваних пакетним високонапірним ін'єктуванням 
цементно-піщаного розчину, основні закономірності поведінки ґрунтової 
основи фундаментів при різних схемах розташування твердих ін'єкційних тіл. 
7 
 
Наукова новизна полягає в наступному:  
1. Проаналізовано форму твердих ін'єкційних тіл, одержаних при 
нагнітанні цементно-піщаного розчину пакетним високонапірним ін'єктуванням 
при різному розташуванні ін'єкторів у різних ґрунтових умовах. 
2. На основі аналізів досліджень виявлено закономірність формування 
деформаційного стану ґрунтової основи фундаментів дрібного закладення, 
плитних та пальових фундаментів при різних схемах розташування твердих 
ін'єкційних тіл, сформованих пакетним високонапірним ін'єктуванням 
цементно-піщаного розчину. 
3. Виконано аналіз методу підсилення ґрунтової основи фундаментів 
дрібного закладення, плитних фундаментів, пальових фундаментів, у тому числі 
під машини з динамічними навантаженнями, твердими ін'єкційними тілами, 
сформованими пакетним високонапірним ін'єктуванням цементно-піщаного 
розчину. 
Теоретична значимість роботи полягає: 
1. У визначенні закономірностей формування твердих ін'єкційних тіл на 
основі, складеному глинистими грунтами, при нагнітанні цементно піщаного 
розчину пакетним високонапірним ін'єктуванням. 
2. У виявленні залежностей осаду ґрунтової основи фундаментів дрібного 
закладання, плитних та пальових фундаментів від схеми розташування твердих 
ін'єкційних тіл. 
Практична значущість полягає: у аналізі методу підсилення ґрунтової 
основи фундаментів дрібного закладання, плитних фундаментів, пальових 
фундаментів, у тому числі під машини з динамічними навантаженнями 
твердими ін'єкційними тілами, сформованими пакетним високонапірним 
ін'єктуванням. 
Методологія аналізу досліджень ґрунтується на методах організаційно 
технологічного моделювання будівельних процесів, наукових працях 
вітчизняних та зарубіжних учених з актуальних проблем удосконалення 
технологічних процесів у будівництві. 
8 
 
Достовірність наукових положень, висновків і результатів досліджень 
магістерської роботи підтверджується: кореляцією теоретичних положень і 
результатів експериментальних досліджень; повнотою і достовірністю даних; 
достатнім обсягом використаної літератури. 
Структура і обсяг роботи. Кваліфікаційна робота магістра складається зі 
вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел із 20 
найменувань. Загальний обсяг роботи 104 сторінки. Основний текст 
магістерської роботи (без урахування змісту та списку використаних джерел) 
виконаний на 97 сторінках друкованого тексту і містить 66 рисунків, 12 
таблиць. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9 
 
РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ МЕТОДІВ ПІДСИЛЕННЯ НАГНІТАННЯМ 
РУХОМИХ РОЗЧИНІВ І АРМУВАННЯМ ГРУНТОВОЇ ОСНОВИ 
 
1.1 Історичні відомості про досвід підсилення ґрунтів методом нагнітання 
рухомих розчинів 
 
 Принцип підсилення ґрунтів нагнітанням рухомих розчинів відомий 
понад двісті років. Перший достовірно підтверджений випадок закріплення 
ґрунту датується 1802 роком - роботи проводилися у Франції у порту Дьєппа, 
під керівництвом інженера C. Berigny [1]. 
У 1864 р. при проходці шахти було вперше застосовано цементацію, що 
часто використовується з того часу в гірничому будівництві. У 1938 р. у США 
нагнітанням цементного розчину було посилено земляне полотно на ділянці 
Пенсільванської залізниці. З початку XX століття цементація знаходить широке 
застосування в цивільному, промисловому, транспортному та гідротехнічному 
будівництві. Зокрема, вона використовується для зміцнення скельних і 
напівскельних тріщинуватих порід і піщано-галечникових ґрунтів. Нагнітанням 
цементного розчину ліквідують карстові порожнини. 
Підсилення ґрунтів силікатизацією вперше було здійснено у Німеччині 
наприкінці XIX століття. У Радянському Союзі методи хімічного закріплення 
активно досліджувалися та застосовувалися, починаючи з 30-х років – 1931 р. 
Б.А. Ржаніцин був розроблений дворозчинний, а в 1939 р. В.Є. Соколовичем 
однорозчинний спосіб силікатизації. У 70-х роках було впроваджено технологію 
газової силікатизації та електрохімічного закріплення ґрунтів. Силікатизацією 
було посилено ґрунтову основу близьких до траси метро будівель при 
будівництві першої черги московського метрополітену. Відомим прикладом 
закріплення ґрунтової основи є Одеський театр опери та балету. Видатним 
будівельним об'єктом є Асуанська гребля в Єгипті. У 1965-1970 p. при науково-
технічній підтримці радянських гідробудівників, за допомогою хімічного 
закріплення ґрунтів за манжетною технологією в її підставі була виконана 
10 
 
багаторядна протифільтраційна завіса глибиною 170 м, при цьому обсяг 
закріпленого ґрунту перевищив 1,5 млн. м3. 
Глинізація була розроблена у Радянському Союзі А.І. Гертнером в 1931 [2] 
і з тих пір успішно застосовується для заповнення порожнеч при проходженні 
шахт у закарстованих вапняках і тампонування порід. Метод підсилення ґрунтів 
нагнітанням різних смол був створений у 50-х роках XX століття.  
Метод високонапірного ін'єкції рухомого цементно-піщаного розчину 
почав розроблятися в Західній Європі в 70-х роках ХХ століття [3]. Активний 
розвиток високонапірного ін'єктування в Україні посідає 90-ті роки. Цим 
методом проводилося підсилення ґрунтового заснування великої кількості 
житлових і громадських будівель у різних регіонах України. Він також часто 
використовується для підсилення ґрунтових насипів залізничних колій та 
автомобільних доріг.  
Спосіб струменевої цементації (Jet Grouting Method) був запатентований 
1971 р. у Японії [4]. В даний час Jet Grouting широко застосовується в 
геотехнічному будівництві в усьому світі. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
11 
 
1.2 Класифікація методів підсилення ґрунтової основи нагнітанням розчинів 
 
Відомі методи підсилення ґрунтової основи нагнітанням розчинів можна 
розділити на три класи (Таблиця 1.1). 
 
Таблиця 1.1 – Класифікація методів підсилення ґрунтової основи 
нагнітанням розчинів 
Тиск 
Найменування 
Відмінна ознака нагнітання, Результат 
методу 
МПа 
Тиск нагнітання не 
Ін'єкція в режимі Суцільні масиви 
перевищує структурної 0,3…0,6 
просочення закріпленого ґрунту 
міцності ґрунту 
Тиск нагнітання Тверді ін'єкційні 
Високонапірна 
перевищує структурну 0,5…10 включення, 
ін'єкція 
міцність ґрунту геокомпозитні масиви 
Струменева Тиск нагнітання суттєво 
Ґрунтоцементні 
цементація (Jet перевищує структурну 30…80 
конструкції 
Grouting) міцність ґрунту 
 
Ін'єкція в режимі просочення здійснюється під тиском, що не перевищує 
структурної міцності ґрунту (як правило, в межах від 0,3 до 0,6 МПа). Поровий 
простір і порожнечі заповнюються ін'єкційним розчином, що вступає в хімічну 
реакцію і згодом утворює твердий цементний камінь, гель або інші сполуки, що 
надають ґрунтовій основі міцність і водонепроникність. У результаті, 
формується суцільний масив з вищими, механічними та деформаційними 
характеристиками. Підсилення грунтової основи цим способом може бути 
здійснено за умови поступового проникнення розчину в грунт без порушення 
його структури. В іншому випадку в ґрунтовому масиві будуть утворюватися 
тріщини, що порушують його суцільність, а поширення розчину прийме 
неконтрольований характер. Звідси, можливість підсилення основи в режимі 
просочення є тільки для проникних грунтів [5]. Розрахункове обґрунтування 
проектних параметрів (розміри зон ін'єкції, необхідний обсяг розчину, 
12 
 
швидкість нагнітання та ін.) базується на вирішенні класичних і спеціальних 
фільтраційних задач. 
Вивченням ін'єкції в режимі просочення займалося багато вчених: Є.М. 
Самарін, В.В. Сьомкін, В.І. Сергєєв, В.Є. Соколович, О.М. Токін, А.В. 
Шапошников, J. Arnold, D. Bruce, C. Caron, R. Glos sop, R. Karol, G. Murrau, G. 
Rehbinder, G. Tallard, K. Weaver, W. Wittke та ін. 
Технічна сутність високонапірного ін'єктування, навпаки, полягає в 
порушенні суцільності грунтового масиву у вигляді щілинних розривів з їх 
подальшим заповненням ін'єкційним розчином, що досягається нагнітанням під 
тиском, що перевищує структурну міцність грунту (залежно від грунтових умов 
та глибини горизонту ін'єкції – до 10 МПа). В результаті чого, формуються 
тверді ін'єкційні тіла, що армують основу та ущільнюють ґрунт. При 
відповідній формі та розташуванні вони можуть утворювати геокомпозитну 
основу, служити компресійними стінками, фільтраційними завісами, 
геотехнічними бар'єрами та ін. 
Питання підсилення ґрунтової основи за допомогою високонапірної 
ін'єктування досліджувалися: А.Б. Пономарьовим, І.К. Попсуєнко, Я.А. 
Пронозін, М.А. Самохваловим, І.І. Сахаровим, Н.Т. Фатєєвим, C.Д. 
Філімоновим, О.А. Шулятьєвим, H. Cambefort, J. Comer, M. Hubbert, D. Willis, 
С.І. Головко та ін. 
Технологія струминної цементації (Jet Grouting) передбачає подачу 
рідкого цементного розчину в ґрунт з витратою до 350 л/хв під тиском від 30 до 
80 МПа і більше, через спеціальне бурове обладнання – монітор із соплами. За 
рахунок високої енергії закінчення струменя подається розчин руйнує 
навколишній грунт і перемішується з ним. В результаті утворюються тверді 
плоскі елементи, а при переміщенні монітора вгору по свердловині з 
обертанням навколо своєї осі, об'ємні елементи – цементно-грунтові палі. 
Результати досліджень процесу струменевої цементації наведено в 
роботах: В.М. Уліцького, Б.С. Федорова, М.Ф. Хасіна, А.В. Чернякова, А.Г. 
Шашкіна, D. Coomber, G. Guatteri, K. Hirayama, P. Pettit, T. Yahiro, H. Yoshida, J. 
Welsh та ін. 
13 
 
1.3 Високонапірне ін'єкціювання, переваги та недоліки методу, технологічні 
прийоми 
 
Метод високонапірного ін'єктування рухомого цементно-піщаного 
розчину успішно застосовується для вирішення багатьох геотехнічних завдань: 
підсилення ґрунтової основи та фундаментів аварійних і реконструйованих 
будівель; вирівнювання нерівномірних деформацій та кренів будівель та споруд; 
підсилення пальових фундаментів; компенсаційного нагнітання при близькому 
будівництві; зміни напружено-деформованого стану ґрунтової основи будівель 
та споруд у процесі будівництва або реконструкції; виготовлення ін'єкційних, 
буроін'єкційних та напірнонабивних паль; ущільнення насипних ґрунтів, 
ґрунтів, що містять органічні включення; стабілізації лесових просадних 
грунтів; підсилення вічномерзлих та штучно проморожених ґрунтів; 
закріплення ґрунтової основи для підвищення стійкості укосів і схилі; 
виконання захисних заходів при влаштуванні котлованів; підсилення та 
лікування земляного полотна залізниць та автомобільних доріг; інженерної 
підготовки під нове будівництво (створення геомасивів та геокомпозитних 
основ); створення протифільтраційних завіс, геотехнічних бар'єрів та 
регулювання напружено-деформованого стану ґрунтового масиву; 
переднапруження ґрунтової основи плитних фундаментів та фундаментних 
оболонок; підвищення несучої здатності буронабивних паль по бічній поверхні 
та по нижньому кінці [6]. 
До переваг методу високонапірного ін'єктування можна віднести: 
технічну простоту, можливість використання недорогого обладнання та 
доступних матеріалів; низьку собівартість за відносно високої ефективності; 
можливість проведення робіт у широкому діапазоні ґрунтових умов; 
використання малогабаритного обладнання, можливість проведення робіт у 
обмеженому просторі; можливість ведення робіт без виселення мешканців, 
зупинки виробництва чи руху транспорту; відсутність негативних динамічних 
впливів під час проведення робіт; можливість оперативного зміни проектного 
рішення та параметрів виконання робіт; екологічну чистоту методу 
14 
 
Однак істотним недоліком високонапірного ін'єктування є невизначеність 
кількості, напряму та розмірів тріщин, що виникають в результаті порушення 
суцільності ґрунтового масиву при тиску нагнітання, що перевищує структурну 
міцність ґрунту (Рисунок 1.1, 1.2) [6]. 
 
 
Рисунок 1.1 – Схематичне подання поширення 
ін'єкційного розчину в ґрунті при нагнітанні через одиночний ін'єктор 
 
Рисунок 1.2 – Тріщини в ґрунті, заповнені ін'єкційним розчином 
при нагнітанні за манжетною технологією 
 
Відсутність можливості управління і навіть передбачення траєкторії 
поширення ін'єкційного розчину в ґрунтовому масиві навколо одиночного 
15 
 
ін'єктора, певною мірою, ставить під сумнів якість і надійність застосування 
методу високонапірного ін'єкції в цілому. Більш того, у окремих випадках, 
напружено-деформований стан ґрунтової основи, сформоване в результаті 
ін'єкційних робіт може призвести до негативних наслідків аж до погіршення 
будівельної ситуації.  
У тому числі і з цієї причини, до 90-х років ХХ століття підсилення 
ґрунтової основи високонапірним ін'єктуванням не мало широкого поширення, 
а [7] наказував призначати граничний тиск нагнітання виходячи з « виключення 
можливості розривів суцільності грунту, що закріплюється».  
В даний час можна виділити 3 підходи до вирішення цієї проблеми:  
 використання ін'єкторів (і іншого обладнання) з конструктивними 
особливостями, що сприяють спрямованому ін'єктуванню;  
 виконання технологічних прийомів та використання пристроїв, що 
локалізують поширення ін'єкційного розчину в ґрунті;  
 виконання технологічних прийомів, що не допускають утворення тріщин 
гідророзриву. 
 
Ін'єктори з конструктивними особливостями, що сприяють спрямованому 
ін'єктуванню 
 
У будівельній практиці часто застосовується "манжетна технологія". 
Ін'єктування ведеться через металеві перфоровані труби з отворами, 
розташованими по висоті з певним кроком. Зовні отвори перекриваються 
гумовими манжетами, що виконують роль зворотного клапана. Проміжок між 
ґрунтом і трубою заповнюється розчином, при твердінні якого утворюється 
обойма товщиною 3...5 см, що не дозволяє ін'єкційному розчину поширюватися 
вздовж ін'єктора вгору (Рисунок 1.3). 
Ін'єктор з подвійним тампоном (пакером) занурюється до проектної гори 
парасольки – рівня відповідних отворів. Тиск нагнітання розриває манжету і 
обойму, ін'єкційний розчин впроваджується в ґрунт, при цьому пакер 
перешкоджає руху розчину всередині ін'єктора. 
16 
 
 
 
Рисунок 1.3 – Схема манжетної колони: 1 – гумова манжета; 2 – обойма;  
3 – пакер; 4 – ін'єкційний розчин; 5 – випускний отвір; 6 – ін'єктор 
 
Розроблено технологію «багаторазового ін'єктування», яка передбачає 
повторне нагнітання на тих же горизонтах. Це призводить до більш 
ефективного ущільнення ґрунту за рахунок утворення нових тріщин у 
ґрунтовому масиві в безпосередній близькості від існуючих, заповнених 
затверділим розчином [7]. 
А.Л. Ланіс та ін. пропонує конструкцію ін'єктора у вигляді 
двостороннього зрізаного конуса зістикованого великими основами з 
безперервними гвинтовими лопатями, буровим наконечником і випускними 
отворами. Лопата у верхній частині конуса має зворотний напрямок навивки 
щодо нижньої. При проходці свердловини розпушений буровим наконечником, 
грунт переміщається по гвинтовій лопаті вгору і створює в середній частині 
грунтову пробку, що перешкоджає поширенню ін'єкційного розчину і обмежує 
зону ін'єкції (Рисунок 1.4) [7]. 
У винаході М.Я. Крицького, О.Л. Ланіса та ін. запатентована конструкція 
ін'єктора з різцями, що створюють концентратори напруг шляхом руйнування 
17 
 
структури ґрунту при його зануренні. Це знижує значення тиску необхідного 
для розриву ґрунтового масиву і забезпечує рух розчину насамперед у цих 
напрямках (Рисунок 1.4) [7]. 
 
 
Рисунок 1.4 – Схеми ін'єкторів конструкції М.Я. Крицького, О.Л. Ланіса та ін. 
1 – ін'єктор; 2, 3 – гвинтові лопаті; 4 – буровий наконечник; 5 – випускні отвори; 
6 – основний та додатковий різці; 7 – ін'єкційний розчин 
 
В.Ф. Карякін та ін. пропонує бурити свердловину нижче підошви 
фундаменту, заповнювати її глинистим розчином і поміщати в неї порожнистий 
циліндр з концентраторами напруг у вигляді засічок. При нагнітанні «розчин за 
концентраторами напруг прориває циліндр як гідроклін і утворює горизонтальні 
тріщини гідророзриву» [7]. 
Б.М. Кузін, Б.М. Ісаєв та ін. рекомендують концентратор напруги на стінці 
свердловини виконувати різцем, встановленим на ін'екторі. Відповідно до 
тексту іншого патенту на винахід Б.М. Ісаєва та ін. виробництво подовжніх 
пазів у стінках свердловини здійснюється «висувним вдавлюючим і обертовим 
18 
 
диском у формі сочевиці». Зверху свердловину тампонують швидкотвердіючим 
матеріалом, а ін'єктування проводять через перфорований кінець ін'єктора з 
манжетою, що втрачається. 
В.І. Осипов та С.Д. Філімонів для підсилення ґрунту «методом 
гідророзриву» пропонують використовувати ін'єктори з отворами, перекритими 
заглушками, що руйнуються під тиском ін'єктування. Після гідророзриву 
здійснюється обтиснення ґрунту шляхом розширення тріщин повторною 
подачею цементного розчину. 
Конструкція напірнонабивної палі А.І. Поліщука, А.А. Пєтухова та ін. 
складається з ін'екторної труби з конусним наконечником – круглим диском, що 
перевищує діаметр труби і ріжучих пластин виступаючих за основи диска. При 
зануренні між трубою і стінкою свердловини утворюється зазор, що 
перешкоджає засміченню отворів ін'єктора, одночасно пластинами нарізаються 
поздовжні пази, що послаблюють грунт пристінної області. Утворену 
свердловину зверху тампонують і через ін'єктор нагнітають цементно-піщану 
суміш. При цьому розпушення пристінної області ґрунту сприяє проникненню 
розчину та створенню ущільненої зони (Рисунок 1.5). 
Конструкція іншої палі А.І. Поліщука та А.А. Пєтухова, представлена 
обсадною трубою з конусним наконечником, що втрачається, і ін'екторною 
трубою всередині неї, обладнаної додатковими упорами у вигляді дисків з 
діаметрами рівним внутрішньому діаметру обсадної труби. Ін'єктор між 
упорами має перфорацію. Після занурення ін'єктора на проектну позначку його 
фіксують і нагнітають цементно-піщаний розчин, що розповсюджується між 
упорами. Трубу піднімають і продовжують ін'єкції (Рисунок 1.5). 
 
 
 
19 
 
 
Рисунок 1.5 – Схеми паль конструкції А.І. Поліщука, А.А. Пєтухова та ін. 
1 – ін'екторна труба; 2 – розширення як диска; 3 – ріжучі пластини; 
4 – проміжні розширення у вигляді дисків; 5 – тіло виконаної палі; 
6 – обсадна труба; 7, 8 – упори 
 
Технологічні прийоми та пристрої,локалізують поширення ін'єкційного розчину 
або не допускають утворення тріщин гідророзриву 
 
У винаході В.С. Миронова та А.В. Лубягіна підсилення ґрунтової основи 
фундаментів високонапірним ін'єктуванням пропонується проводити в 2 етапи. 
На першому етапі виконується ін'єктування грунту по контуру зони, що 
посилюється з метою створення непроникного екрану, що перешкоджає 
поширенню розчину за його межі. На другому, нагнітання проводиться 
всередину раніше оконтуреної зони (Рисунок 1.6). 
М.Я. Крицький та А.Л. Ланіс припускають обмежувати зону, що 
посилюється, шляхом ін'єктування цементно-піщаного розчину у вертикальну 
щілинну порожнину утворену сталевою струною натягнутою між 
20 
 
оконтурювальними ін' екторами при їх зануренні. «Утворена за допомогою 
натягнутої сталевої струни вертикальна порожнина забезпечує створення 
суцільної стінки, що обмежує поширення розчину» (Рисунок 1.6) [7]. О.І. Лобов 
та ін. планує створювати контур нагнітання через двощілинні ін'єктори. А.М. 
Голованов та інших. рекомендує виконувати оконтуривающий екран з 
буронабивних паль (Рисунок 1.6).  
 
 
Рисунок 1.6 – Ілюстрації до винаходів  
 
В.І. Осипов та С.Д. Філімонів, навпаки, для ущільнення водонасичених 
ґрунтів у основі плитних фундаментів виробляють подачу цементного розчину 
через ін'єктори встановлені рядами в радіальному напрямку від центру до 
периферії з метою відтискання та відведення води. 
І.К. Попсуєнко та О.А. Шулятьєв пропонують виконувати ін'єктування під 
фундаменти існуючих будівель у наступній послідовності: буріння 
технологічної свердловини з установкою в неї кондуктора; заповнення її 
цементним розчином з подальшим розбурюванням затверділого цементного 
каменю та бурінням її до проектної глибини; утворення під фундаментом 
горизонтальної порожнини високошвидкісним струменем цементного розчину; 
встановлення манжетного ін'єктора та заповнення порожнини цементно-
піщаним розчином під тиском (Рисунок 1.7) [7]. 
 
21 
 
 
Рисунок 1.7 – Ілюстрації до патенту І.К. Попсуєнко та О.А. Шулятьєва. 
1 – технологічна свердловина; 2 – кондуктор; 3 – фундамент, що посилюється; 
4 – монітор; 5 – високошвидкісний струмінь цементного розчину; 
6 – горизонтальна порожнина; 7 – циліндрична порожнина; 8 – ін'єктор 
 
Для створення розширеної основи буроін'єкційних паль певної форми 
А.Б. Пономарьов та К.В. Голубєв пропонують надягати на нижній 
перфорований кінець ін'єктора еластичну гумову камеру, що розтягується в 
процесі ін'єкції і утворює в грунті кулясте тіло Я.А. Пронозін та М.А. 
Самохвалів рекомендують використовувати мембрану-склянку. Конструкція 
палі фірми «Soilex» передбачає кріплення до нижнього кінця арматурного 
каркаса – складеної спеціальним чином оболонки з пачки металевих листів, що 
розкладається при подачі бетонної суміші. 
Для усунення можливості неконтрольованого розповсюдження розчину в 
ґрунті під час ін'єкції через одиночний ін'єктор В.В. Лушніков та В.А. Богомолів 
нагнітають розчин з короткочасними паузами для «самозалікування» тріщин, 
що виникають, і розривів у ґрунтовому масиві. Після, виконується попереднє 
ослаблення пристінного шару в межах утвореної порожнини з метою 
формування оболонки зі слабкого ґрунту, що перешкоджає утворенню тріщин і 
проводиться нагнітання розчину під тиском, що не перевищує величини тиску 
гідророзриву з опресуванням ґрунту високим тиском після завершення процесу 
ін'єктування (Рисунок 1.8) [7]. 
 
22 
 
 
Рисунок 1.8 – Принципова схема ін'єктування з попереднім ослабленням 
пристінного шару 
 
Ін'єкційні тіла, сформовані високонапірним ін'єктуванням 
 
Характер підсилення ґрунтової основи високонапірним ін'єктуванням 
рухомого цементно-піщаного розчину та зміни фізико-механічних 
характеристик ґрунту після підсилення дотепер однозначно не визначені. 
Існує думка, що при нагнітанні через одиночний ін'єктор у грунтовому 
масиві можливе створення твердих ін'єкційних включень заданої форми. 
Наприклад, «вертикальних регульованих плоских елементів» [7], 
«лінзоподібного тіла, що умовно складається з двох конусів, заданого проектом 
об'єму»  або у вигляді зірок з різною кількістю променів (Рисунок 1.9), що 
ущільнюють та армують ґрунт. 
 
23 
 
 
Рисунок 1.9 – Ілюстрації до винаходів Б.М. Ісаєва та ін [27, 38]: 
1 – свердловина; 2 – поздовжній концентратор напруги; 3…6 – армоелементи 
 
Натурні дослідження В.А. Єрмолаєва, М.Я. Крицького, О.Л. Ланіса, Р.А. 
Мангушева, І.І. Сахарова та ін. показують, що форма і розміри ін'єкційних тіл, 
утворених нагнітанням розчину через одиночний ін'єктор можуть бути 
абсолютно різними: у вигляді стовпів, пластин, лінз неправильної форми, 
тріщин, прошарків тощо. При цьому геометричні розміри включень знаходяться 
у широких межах – від незначних (менше 10 міліметрів) до кількох десятків 
сантиметрів. Ступінь ущільнення навколишнього ґрунту так само суттєво 
змінюється – часто помітного ущільнення не відбувається вже на відстані понад 
24 
 
10 см від ін'єкційного тіла, а в деяких випадках ущільнення навколишнього 
ґрунту не спостерігається зовсім [7]. 
Так, із матеріалів натурних досліджень М.А. Самохвалова слід, що 
максимальне підвищення щільності грунту навколо буроін'єкційної палі, 
виготовленої за манжетною технологією в м'якопастичному суглинку (γ = 
3
18,4...19,6 кН/м , Е = 7,7...8,0 МПа), становить 20...22 % з відривом 10 див і 
падає до 8% з відривом 50 див від ін'єктора. Модуль деформації зростає на 
60…65% та на 15…20% відповідно [8]. 
О.Л. Ланіс наводить дані, що в 5 см від ін'єкційного тіла у формі «масиву» 
діаметром близько 40 см щільність ґрунту збільшується на 12% і на 3% на 
3 3
відстані 60 см (1,54 г/см  та 1,42 г/см , проти значення щільності ґрунту 1,38 
г/см3до ін'єктування). При цьому модуль деформації збільшується до 78 МПа і 
до 28 МПа при початковому значенні 18 МПа. На відстані 5 см від ін'єкційного 
тіла у формі пластини товщиною 1...2 см спостерігається збільшення густини 
3
ґрунту на 7% (1,48 г/см ) і не спостерігається зовсім на відстані 30 см при 
зростанні модуля деформації до 4,0 МПа та до 1,9 МПа [8].  
В.А. Єрмолаєв, ґрунтуючись на результатах умовного опору динамічному 
зондуванню до і після ін'єкційних робіт з манжетної технології на будівельних 
майданчиках Санкт-Петербурга, визначає радіус закріплення – зону підвищення 
модуля деформації пилуватого піску на 30% (при вихідному 0,7 ... 0,8 м навколо 
ін'єктора [9].  
М.Я. Крицький, О.Л. Ланіс та ін. за результатами контролю якості 
ін'єкційних робіт відзначають, що щільність у зоні ущільнення основи 
складеного сухими пухкими насипними ґрунтами з великим вмістом органіки, 
3 3
збільшилася до 1,64…1,68 г/см  (при первісному значенні 0,96 г /см ), а модуль 
деформації зріс у 18 разів - до середнього значення Е = 14 МПа. При цьому на 
майданчику складеної лісовими просадними суглинками після нагнітання 
цементно-піщаної суміші щільність сухого грунту поза зоною контакту з 
3 3
лінзами за тверділого розчину зросла не так сильно - з 1,43 г/см до 1,52 г/см , 
при модулі деформації Е = 4,1 МПа. А в умовах вологих лісоподібних суглинків 
фізико-механічні властивості посиленого ґрунту практично не змінилися [8]. 
25 
 
Цікаві дані чисельного експерименту з моделювання напружено-
деформованого стану ґрунту при ін'єктуванні в програмному комплексі PLAXIS 
наведені в статті Є.С. Вознесенській та ін [8]. Відзначено підвищення модуля 
деформації до 5,555 МПа в ущільненій зоні (до 6,450 МПа в районі розриву) 
щодо вихідного модуля Е = 2,639 МПа. При цьому, зроблено припущення, що 
розрив поширюється в радіальному напрямку на 0,6 м від осі манжетної колони 
і має правильну клиноподібну форму. 
Однак більшість дослідників сходяться в тому, що формування в 
ґрунтовій основі ін'єкційних тіл у формі об'ємних лінз призводить до суттєвого 
ущільнення навколишнього ґрунту та підвищення його модуля деформації. 
М.Я. Крицький зареєстрував значне збільшення щільності ґрунту на 
відстані до 1 метра навколо лінзи затверділого розчину завтовшки понад 40 см 
[34]. У ході лабораторних експериментів К.В. Голубєв, зафіксував збільшення 
модуля деформації піску в ущільненій зоні на 40% при діаметрі елемента 
(кулястого ін'єкційного тіла) 0,2 м і на 60% при діаметрі 0,6 м (при розмірах 
ущільненої зони 3,1...3,2d в плані та 0,5d під елементом) [9]. А.Є. Захаров 
констатує підвищення значення модуля деформації мерзлого ґрунту до 2 разів 
на відстані 30...40 см від ін'єкційної лінзи. В.С. Бадєєв, в ході натурних 
експериментів, відзначив 10-кратне збільшення модуля деформації посиленої 
основи між ін'єкційними свердловинами круглого перерізу, розташованими на 
відстані 1,7 м один від одного.  
Існують різні думки про оптимальні схеми армування ґрунтової основи 
ін'єкційними тілами та про підходи до розрахункового обґрунтування проектних 
параметрів підсилення. 
Наприклад, у роботах А.П. Криворотова та ін. робиться висновків, що «вплив 
форми включень на показники деформованості геокомпозитного середовища, 
визначені із застосуванням розрахункових методів нелінійної механіки ґрунтів, 
порівняно невеликий; більш суттєвим за інших рівних умов, є відсоткове зміст 
включень». Наведене вище твердження автори ґрунтують на результатах 
порівняння матеріалів лабораторних експериментів, проведених у малому лотку 
на піщаній підставі, з чисельними розрахунками за моделлю Мора-Кулона з 
26 
 
використанням інтегрального модуля деформації або еквівалентного модуля 
деформації полідисперсного середовища з циліндричними включеннями. 
О.Л. Ланіс при визначенні параметрів стисливості «армованого 
ін'єктованим розчином ґрунту», у тому числі, модуля деформації ґрунту після 
його зміцнення, використовує лише показник об'ємної частки ін'єкційного 
розчину kp = Vp / Vd (де Vp – сумарний об'єм розчину, Vd – обсяг ), ігноруючи 
форму ін'єкційних тіл та їх розташування у ґрунтовому масиві [8]. 
А.В. Лубягін та В.К. Федоров пропонують не враховувати можливу 
неоднорідність ґрунтової основи посиленої ін'єктуванням та використовувати в 
розрахунках усереднені деформаційні характеристики – між модулем 
деформації ін'єкційних включень та модулем деформації ґрунту. На їхню думку, 
посилену основу можна представити у вигляді геокомпозитного середовища, 
що складається з великої кількості «елементарних обсягів», що мають 
аналогічні параметри. Розміри «елементарного обсягу» дорівнюють відстані 
між ін'єкторами, т.к. «максимальна неоднорідність геокомпозитного середовища 
проявляється у зоні розташування ін'єкторів, а мінімальна – у середині з-поміж 
них».  
Фізико-механічні властивості самих ін'єкційних тіл, сформованих 
високонапірним ін'єктуванням, можуть істотно відрізнятися. О.Л. Ланіс 
наводить діапазон значень модуля деформації затверділого ін'єкційного розчину 
у віці 28 діб визначеного штамповими випробуваннями від 109 МПа до 562 
МПа, при питомому зчепленні від 1,24 МПа до 6,92 МПа в залежності від 
співвідношення компонентів сухої. За даними В.А. Єрмолаєва міцність 
стандартних зразків розчину на основі ПЦ 400-Д0 при В/Ц = 0,5 з різними 
хімічними добавками (кальцієва сіль соляної кислоти CaCl2 – 2%, 
кремнефтористоводнева кислота H2SiF6 – 0,06%, рідке скло Na2O·nSiO %) у віці 
28 діб становить σ = 25…38 МПа [7]. Модуль деформації ін'єкційних тіл 
визначений випробуваннями відібраних зразків на одновісне стиснення М.Я. 
Крицьким та ін. знаходився в межах Е = 41,5 ... 105,0 МПа. 
 
 
27 
 
1.4 Армування ґрунтової основи вертикальними елементами 
 
Армування ґрунту, як спосіб підсилення основи, застосовується в 
будівельній практиці кілька тисяч років. Встановлено факти використання 
армійних елементів при будівництві зіккуратів у Месопотамії, ділянок Великої 
китайської стіни, земляних дамб уздовж Тибру. Як армоелементи 
використовувалися очеретяні мати, гілки, дерев'яні бруси, уривки тканини, 
солома тощо [10]. 
Сучасні підходи до підсилення ґрунтової основи армуванням почали 
складатися у ХХ столітті: відомий позитивний досвід інженерів F. Reed, А. 
Мunster, F. Coin. У широке вживання термін «армований ґрунт» увійшов у 1962 
р. після опублікування H. Vidal роботи «Принцип армування ґрунту» [11]. H. 
Vidal також є одним із основоположників армування ґрунтової основи 
полімерними матеріалами. 
Армоелементи за характером роботи, поділяються на сприймаючі 
розтягувальні напруги, що виникають у ґрунтовому масиві від впливу 
проектних навантажень – переважно тонкі, гнучкі, синтетичні листові 
матеріали, і, що працюють на стиск або розтягування, що підсилюють і 
зміцнюють ґрунтовий масив – в основному, вертикальні елементи підвищеної 
міцності. Останні можуть виконуватися пробивкою, продавлюванням і 
розкочуванням свердловин з подальшим їх заповненням бетоном; являти собою 
грун тоцементні, буроін'єкційні, піщані, вапняні забивні або набивні палі; 
влаштовуватися шляхом закріплення ґрунту силікатизацією, смолязацією та 
іншими хімічними розчинами, а також за допомогою високонапірного ін'єкції 
[12]. При цьому згідно з [12] армоелементи, сформовані високонапірним 
ін'єктуванням можуть використовуватися для зміцнення та зміцнення основ, 
складених усіма видами ґрунтів і виконуватися вертикальними, 
горизонтальними та похилими. 
Вертикальне армування може влаштовуватися під підошвою або за 
контуром фундаментів, що посилюються, армоелементи – виготовлятися з 
різних матеріалів і мати різну конструкцію. Приміром, Л.В. Нуждін, В.П. Піса 
28 
 
ненко, Є.П. Скворцов та ін. посилювали фундаменти дрібного закладання 
контурним армуванням – бетонними стрижнями малого діаметра, що 
формуються у попередньо влаштованих свердловинах по периметру вздовж 
зовнішніх граней (Рисунок 1.10). Г.Г. Болдирєв та А.О. Попов, І.Т. Мирсаяпов та 
Р.А. Шарафутдінов розглядали варіант армування ґрунтової основи палями за 
водського виготовлення, у тому числі металевими трубами. S. Murugesan, A. 
Paul, А.Б. Пономарьов та Р.І. Шенкман пропонували використовувати ґрунтові 
палі в оболонці з геосинтетичних матеріалів. 
Ефективність вертикального армування жорсткими елементами доведена 
багатьма вченими. Одна з перших робіт, присвячених вертикальному 
армуванню, опублікована в 1934 р. K. Terzaghi [12]. У Радянському Союзі метод 
підсилення ґрунтової основи вертикальним армуванням отримав розвиток у 70-
х роках XX ст. Зменшення напруги в грунті під штампом за рахунок впливу 
бічних стінок лотка було відзначено в роботі М.М. Варгіна, опублікованої 1966 
р. А.П. Риженко зафіксував 30-відсоткове збільшення граничного опору по 
торцю штампу за рахунок сил тертя ґрунту, що виникають на кордоні, з лотком . 
А.С. Потапов, досліджуючи характеристики ґрунтів, укріплених піщано-
гравійними палями, оцінював їх як наведені із співвідношення площ 
армоелементів і ґрунтового масиву. Деякі принципи армування ґрунту 
вертикальними елементами розглядалися на роботах Я.Д. Гільмана, П.П. 
Заболотного, І.Б. Рижкова та ін. 
 
 
 
29 
 
 
Рисунок 1.10 – Підсилення фундаментів дрібного закладення 
контурним армуванням бетонними стрижнями малого діаметра 
 
У 1970 р. Г.М. Борликов запропонував конструкцію фундаменту, що 
спирається на піщану подушку, укладену в циліндричну збірну залізо бетонну 
оболонку. У 1976 р. В.І. Крутов та І.К. Попсуєнко опублікували статтю 
«Усунення просадок лісових ґрунтів від їх власної ваги шляхом армування 
лесової товщі» [7], що містить опис технології виготовлення елементів 
глибинного ущільнення просадних ґрунтів. А.В. Голлі, А.Ж. Жусупбеков та В.Г. 
Шатунов дійшли висновку, що осад фундаменту на армованому, попередньо 
обжатим шпунтом, підставі в 5 ... 6 разів менше осаду фундаменту на природній 
основі та в 4 рази менше осідання фундаменту на горизонтально армованому 
[12]. Є.А. Сорочаном та Р.Г. Ревазишвілі встановлено оптимальну відстань між 
стінками щілинних фундаментів, за яких деформації мінімальні. Діяльність 
А.Л. Ісакова та ін, при експериментальних дослідженнях деформацій ґрунтової 
основи, відзначено позитивний ефект армування стрижневими елементами. 
Висока ефективність вертикального армування підтверджується роботами В.М. 
Антонова, Е.М. Доброва, О.Ю. Єщенко, А.П. Кремньова, Л.М. Тимофєєвої та 
інших.  
Б.М. Мельников, В.І. Осипов та ін. у публікації 1986 р. одними з перших 
обґрунтували можливість армування ґрунту геотехногенними масивами . Згодом 
багато дослідників відзначали високу ефективність виконання вертикального 
армування ін'єктуванням цементно-піщаного розчину. 
30 
 
Висновки до розділу 1 
1. Високонапірне ін'єктування рухомого цементно-піщаного розчину – 
ефективний метод підсилення ґрунтової основи. Формування ін'єкційних тіл 
може призвести до суттєвого ущільнення навколишнього ґрунту та підвищення 
його деформаційних характеристик; будівельні властивості ґрунтової основи 
можуть бути значно покращені за рахунок армування твердими ін'єкційними 
тілами. Ключову роль при посиленні ін'єктуванням відіграє форма і розміри 
ін'єкційних тіл: помітне поліпшення фізико-механічних властивостей грунту 
відбувається біля «масивних» лінз кулястої форми і практично відсутня навколо 
включень невеликого розміру (прошарків, «променів» та ін.) Ефективність 
армування грунтової основи , також безпосередньо залежить від геометричних 
параметрів ін'єкційних тіл та їх розташування в масиві. 
2. Істотним недоліком методу високонапірного ін'єктування є 
неможливість передбачення шляхів поширення цементно-піщаного розчину в 
ґрунтовому масиві навколо одиночного ін'єктора. Як наслідок, форма та розміри 
створюваних ін'єкційних тіл не піддаються надійному прогнозуванню. 
3. Одним з ефективних способів підсилення фундаментів є вертикальне 
армування ґрунтової основи. Армоелементи сприймаючи стискаючі напруги, 
підвищують його несучу здатність і знижують деформативність. Армоелементи 
можуть мати різноманітну конструкцію та виконуватися з будь-яких матеріалів з 
деформаційними характеристиками, що перевищують деформаційні 
характеристики ґрунту. У багатьох випадках, армування ґрунтової основи 
доцільно виконувати високонапірним ін'єктуванням цементно-піщаного 
розчину. 
 
 
 
 
 
31 
 
РОЗДІЛ 2. РОЗГЛЯД ФОРМИ ІН'ЄКЦІЙНИХ ТІЛ, ОТРИМАНИХ ПРИ 
НАГНІТАННІ РУХОМОГО РОЗЧИНУ ПАКЕТНИМ ВИСОКОНАПІРНИМ 
ІН'ЄКЦІЮВАННЯМ 
 
2.1 Аналіз обґрунтування концепції методу пакетного високонапірного 
ін'єкціювання 
 
Результати досліджень та досвід робіт з підсилення ґрунтової основи 
фундаментів будівель та споруд високонапірним ін'єктуванням (розділ 1) 
спростовують можливість передбачення напрямку руху ін'єкційного розчину 
при нагнітанні через одиночний ін'єктор [12]. Розповсюдження цементно-
піщаної суміші в цьому випадку залежить від безлічі як заданих, так і 
випадкових параметрів: геометричної форми ін'єктора і способу його занурення, 
режиму ін'єкції, складу і консистенції ін'єкційного розчину, фізико-механічних, 
в т.ч. анізотропних властивостей ґрунтів, не однорідності ґрунтової основи та 
ін. Отже, для зміни невизначеності умов розриву ін'єкційного масиву в 
потрібному напрямку, необхідно вводити додаткові фактори, здатні вплинути на 
його напружено-деформований стан. 
В.П. Писаненко, за участю автора, виконав аналіз розподілу напруг у 
нескінченному однорідному середовищі при рівномірному навантаженні 
внутрішньої поверхні двох круглих порожнин [7]. Напружений стан середовища 
визначався на підставі рішення Ламе для товстостінного циліндра під дією 
внутрішнього і зовнішнього тиску, і полягало в перетворенні напруг від кожної 
навантаженої порожнини до загальної системи координат і подальшого 
складання відповідних компонент (Рисунок 2.1). 
У результаті перетворень було зроблено висновок, що у горизонтальній 
площині, яка проходить через центри навантажених порожнин, спостерігається 
концентрація основних напружень, які характеризують стан чистого зсуву. З 
чого слід, що ця ділянка найменш стійка порівняно з рештою простору, 
оскільки вона перебуває під впливом додаткових напруг від суміжних 
32 
 
навантажених порожнин, що повинно сприяти його першочерговому 
руйнуванню. 
 
 
Рисунок 2.1 – Схема визначення напруги у точці М при одночасному впливі 
двох навантажених порожнин 
 
Спираючись на вищесказане і беручи до уваги результати деяких 
досліджень у галузі розробки нафтових і газових родовищ [10] було зроблено 
припущення, що додатковими факторами, здатними впливати на напружено-
деформований стан ґрунтової основи, може бути установка декількох джерел 
ін'єктування, розташованих у певному геометричному порядку та одночасне 
нагнітання розчину через усі джерела. 
Згідно з цим припущенням було встановлено, що розташування ін'єкторів 
уздовж прямої лінії формує вертикальну площину розриву (Рисунок 2.2); при 
розташуванні ін'єкторів, у вершинах рівностороннього трикутника площина 
розриву спрямована горизонтально . Для створення вертикального ін'єкційного 
тіла в грунті під нижніми кінцями ін'єкторів виконуються лінійні порожнини – 
ін'єктори з наконечниками, що втрачаються, занурюються до проектної 
позначки і частково витягуються на висоту 10d…20d (тут і далі в розділі 2, d – 
діаметр ін'ектора. 
 
 
33 
 
 
Рисунок 2.2 – Принципова схема формування вертикального ін'єкційного тіла 
пакетним високонапірним ін'єкуванням 
 
Для створення горизонтального тіла ін'єктори піднімаються на висоту 1d 
... 3d, тим самим формуючи точкові порожнини (Рисунок 2.3). 
 
34 
 
 
Рисунок 2.3 – Принципова схема формування горизонтального ін'єкційного тіла 
пакетним високонапірним ін'єктуванням 
 
2.2 Аналіз досліджень у лабораторних умовах 
 
Аналіз дослідів перевірки можливостей створення вертикальних та 
горизонтальних ін'єкційних тіл була виконана в лабораторних умовах на 
монолітах грунту непорушеної складання відібраних із різних інженерно-
геологічних елементів : 
 супіску пилуватого малого ступеня водонасичення твердого 
3
слабонабухаючого непросадочного, ρ = 1,80 г/см , w = 8%, Ip = 0,04, IL < 
0, �� = 29° , С = 16 кПа, Е = 10,9 МПа (ІГЕ-1); 
 супіску піщанистого малого ступеня водонасичення твердого 
3
ненабухаючого непросадочного, ρ = 1,85 г/см , w = 8%, Ip = 0,03, IL < 0, 
�� = 29°, С = 14 кПа, Е = 13,7 МПа (ІГЕ-2); 
35 
 
 суглинка легкого пилуватого середнього ступеня водонасичення 
3
тугопластичного слабонабухаючого непросадочного, ρ = 1,86 г/см , w = 
23%, Ip = 0,12, IL < 0, �� = 18°, С = 39 кПа, Е = 7, 0 МПа (ІГЕ-3). 
 Було проведено 6 експериментів - 3 зі створення вертикальних ін'єкційних 
тіл - в ІГЕ-1, ІГЕ-2 та в ІГЕ-3, і відповідно, 3 - горизонтальних. Кожен 
експеримент повторювався тричі. З кожного ІГЕ було відібрано по 6 
стандартних монолітів діаметром 122 мм, висотою 150...250 мм. Герметизуючі 
оболонки для збереження природної структури ґрунту не знімалися (Рисунок 
2.4). 
 
 
Рисунок 2.4 – Моноліт: а – супіски пилуватого малого ступеня водонасичення 
(ІГЕ-1); б – супіску піщанистого малого ступеня водонасичення (ІГЕ-2); 
в - суглинка пилуватого середнього ступеня водонасичення (ІГЕ-3) 
 
Як ін'єктори використовувалися латунні трубки довжиною 90 мм, 
діаметром 2,0 мм, із товщиною стінки 0,25 мм (Рисунок 2.5). 
 
36 
 
 
Рисунок 2.5 – Ін'єктори – латунні трубки діаметром 2,0 мм, 
об'єднані в групи по 3 штуки: а – розташовані вздовж прямої лінії; 
б – розташовані у вершинах рівностороннього трикутника 
 
Верхній кінець трубок, розташованих у певному геометричному порядку 
– групами по 3 штуки, закріплювався у спеціально виготовлених розподільчих 
пристроях. Три трубки, розміщені вздовж прямої лінії на відстані 20 мм (10d) 
одна від одної – у горизонтальному пластиковому циліндрі діаметром 22 мм та 
довжиною 80 мм. Трубки, розташовані у вершинах рівностороннього 
трикутника зі сторонами по 20 мм (10d), кріпилися до вертикального. 
металевого циліндра діаметром 42 мм. До розподільних пристроїв на різьбленні 
приєднувався шланг діаметром 5 мм [12]. 
Конструкція розподільних пристроїв забезпечувала одночасну рівномірну 
подачу ін'єкційної суміші у всі ін'єктори (Рисунок 2.6). 
 
37 
 
 
Рисунок 2.6 – Розподільні пристрої: горизонтальний пластиковий (а) та 
вертикальний металевий (б) циліндр 
 
Вертикальна площина розриву ґрунтового масиву формувалася 
одночасним нагнітанням розчину через 3 ін'єктори, розташованих уздовж 
прямої лінії, об'єднаних горизонтальним пластиковим циліндром (Рисунок 2.7). 
 
 
Рисунок 2.7 – Занурення групи з трьох ін'екторів, розташованих уздовж прямої 
лінії, моноліт ІГЕ-1 (а), ІГЕ-2 (б) і ІГЕ-3 (в) 
 
Ін'єктори вдавлювалися в ґрунт на всю довжину і для створення лінійних 
порожнин ін'єкції піднімалися на 30 мм (15d) після чого їх положення 
38 
 
фіксувалося. Для запобігання попаданню ґрунту всередину ін'єкторів 
використовувалися наконечники, що втрачаються. 
Утворення горизонтальної площини розриву проводилося одночасним 
нагнітанням через групу з трьох ін'єкторів, розташованих у вершинах 
рівностороннього трикутника (Рисунок 2.8). Для створення точкових порожнин 
ін'єктори після занурення піднімалися на 3 мм (1,5d) [12]. 
 
 
Рисунок 2.8 – Занурення групи з трьох ін'екторів, розташованих у вершинах 
рівностороннього трикутника моноліт ІГЕ-1 (а), ІГЕ-2 (б) і ІГЕ-3 (в) 
 
Як ін'єкційний розчин у лабораторних експериментах використовувалась 
рідка епоксидна смола з затверджувачем. Для зменшення в'язкості до неї 
додавався ацетон і перед процесом ін'єктування вона розігрівалася. 
Шланг, обладнаний манометром класу точності 0,4 підключався до 
ручного насоса. Момент розриву ґрунтового масиву при ін'єктуванні чітко 
фіксувався по різкому падінню величини тиску, що нагнітає (досягаючого при 
розриві ґрунту 0,6…0,9 МПа) [12]. 
У ході експериментів з формування вертикальних ін'єкційних тіл 
3
закачувалося близько 40 см  епоксидної смоли, при формуванні горизонтальних 
тіл витрата становила 70...80 см3. Через дві доби після початку експерименту 
моноліти звільнялися від оболонки, і грунт розмивався струменем води. 
39 
 
Схеми розміщення ін'єкторів у лабораторних експериментах з 
формування вертикальної та горизонтальної площини розриву представлені на 
Рисунку 2.9. 
 
 
Рисунок 2.9 – Схеми розміщення ін'єкторів у лабораторних експериментах 
з формування вертикальної (а) та горизонтальної (б) площини розриву 
 
При розташуванні ін'єкторів [12] уздовж прямої лінії були утворені плоскі 
тіла товщиною від 1 мм до 4 мм, довжиною 120...125 мм і висотою 110...150 мм, 
моноліти, що розривають, вертикальною тріщиною, що проходить через 3 
ін'єктори, контури яких добре простежувалися. Затверділий розчин у тріщинах 
виходив до верхнього торця монолітів, спускався по бічних поверхнях і 
заглиблювався на 20...60 мм нижче лінійних порожнин ін'єкції (Рисунок 2.10). 
40 
 
 
 
Рисунок 2.10 – Вертикальні ін'єкційні тіла, отримані під час лабораторних 
експериментів: а – у моноліті ІГЕ-1, б – ІГЕ-2; в – ІГЕ-3 
 
При розташуванні ін'єкторів у вершинах рівностороннього трикутника в 
монолітах були утворені горизонтальні тіла дископодібної форми, що виходять 
до бічної поверхні зразків практично по всьому периметру. Діаметр всіх дисків 
був близько 120 мм, товщина коливалася від 2 мм (на ділянках, що примикають 
до бокових поверхонь) до 15 мм і більше у центрі. Потовщення в центральній 
частині спостерігалося з обох боків диска (Рисунок 2.11) [12]. 
 
41 
 
 
 
Рисунок 2.11 – Горизонтальні ін'єкційні тіла, отримані в ході лабораторних 
експериментів: а – моноліт ІГЕ-1, б – ІГЕ-2; в – ІГЕ-3 
 
2.3 Аналіз досліджень у натурних умовах 
 
Інженерно-геологічний розріз майданчики до глибини 21,0 м (Рисунок 
2.12) був представлений ґрунтами:  
 ІГЕ-1. Насипний ґрунт: суміш суглинку та ґрунту з включеннями 
будівельного сміття потужністю до 0,2 м. 
 ІГЕ-2. Суглинок легкий пилуватий середнього ступеня водонасичення 
тугопластичний слабонабухаючий непросаджний потужністю 4,0 м. 
42 
 
 ІГЕ-3. Суглинок легкий пилуватий середнього ступеня водонасичення 
напівтвердий ненабухаючий із прошарками твердого потужністю 3,6 м. 
 ІГЕ-2. Суглинок легкий пилуватий середнього ступеня водонасичення 
тугопластичний слабонабухаючий непросаджний потужністю 3,2 м. 
 ІГЕ-4. Супісок пилувата середньої ступеня водонасичення тверда 
ненабухаюча непросадочна з прошарками суглинку потужністю 5,0 м. 
 ІГЕ-5. Суглинок легкий пилуватий середнього ступеня водонасичення 
твердий ненабухаючий непросідний розкритої потужністю 5,0 м. 
 Горизонт ін'єктування знаходився на глибині 1,75 м від поверхні - 
суглинці легкому пилуватому середнього ступеня водонасичення 
3
тугопластичному, ρ = 1,86 г/см  , w = 23%, Ip = 0,12, IL < 0, �� = 18°, С = 39 кПа, 
Е = 7,0 МПа (ІГЕ-2). 
Для створення вертикальних тіл 3 ін'ектори розміщувалися вздовж прямої 
лінії з відривом 600 мм (~ 10d) друг від друга. Лінійні порожнини ін'єктування 
формувалися їх підняттям на 750 мм (~ 13d) після занурення до проектної 
позначки з наступною фіксацією на цьому рівні (Рисунок 2.13) [12]. 
43 
 
 
Рисунок 2.12 – Інженерно-геологічний розріз дослідного майданчику 
 
 
 
44 
 
 
Рисунок 2.13 – Схема розміщення ін'єкторів для утворення вертикального 
ін'єкційного тіла 
 
В якості ін'єкторів використовувалися металеві труби діаметром 57 мм з 
товщиною стінки 3,5 мм, довжиною 3,0 м. До верхніх кінців приєднувалися 
шланги високого тиску, на нижні кінці надягалися металеві губляться 
наконечники, що перешкоджають попаданню грунту всередину ін'єкторів при їх 
зануренні (Рисунок 2.14) [12]. 
 
45 
 
 
Рисунок 2.14 – Ін'єктор з наконечником, що втрачається 
 
Занурення здійснювалося агрегатом вібраційного буріння на глибину 1,75 
м. Цементно-піщаний розчин подавався розчинонасосами з постійною 
витратою 40 л/хв. Вимірювання тиску в магістралях, що подають, проводилося 
манометрами. Ін'єктування виконувалося одночасно через 2 крайні ін'єктори 
приєднані до двох незалежно працюючих насосних станцій (Рисунок 2.15, 2.16). 
Центральний ін'єктор занурювався з метою створення додаткових 
передумов для розриву ґрунтового середовища у вертикальній площині, 
нагнітання через нього не проводилося. 
Ін'єкційна суміш готувалась на будівельному майданчику в 
бетонозмішувачі у пропорції: цемент – 1 частина, бентонітовий порошок – 1 
частина, пісок дрібний – 7 частин, вода – до необхідної пластичності суміші 
[12]. 
46 
 
 
Рисунок 2.15 – Група ін'єкторів, встановлена в проектне положення 
 
 
Рисунок 2.16 – Одночасна подача ін'єкційного розчину двома незалежно 
працюючими насосними станціями 
 
Експеримент формування вертикальних ін'єкційних тіл в натурних умовах 
був повторений тричі. У процесі ін'єктування контролювалися значення тиску, 
47 
 
що подається, і обсяг закачаної суміші. При цьому чітко простежувалося 4 
режими нагнітання (Рисунок 2.17) [12]. 
 
 
Рисунок 2.17 – Характерний графік зміни тиску нагнітання та обсягу закачаної 
суміші в ході аналізу натурних експериментів формування вертикальних 
ін'єкційних тіл 
 
На першому етапі ін'єкційний розчин заповнював лінійні порожнини, 
сформовані в ґрунтовій основі, і ущільнював навколишній ґрунт – ділянку «0-1» 
(тут і далі на прикладі графіка, представленого на рис. 2.17 – тиск, що подає, 
зростав до 0,8 МПа). 
Другий етап відповідав розриву ґрунтового масиву, утворенню 
вертикальної тріщини та її розширенню – ділянка «1-2» (тиск «падало» до ~ 0,4 
3
МПа при об'ємі закаченої суміші V ≈ 0,02 м ). 
Третій етап характеризувався максимально можливим заповненням 
тріщини ін'єкційним розчином і ущільненням навколишнього ґрунту – ділянка 
3
«2-3» (значення тиску нагнітання, що встановився ~ 0,4 МПа, V ≈ 0,65 м ). 
На останньому етапі – ділянка «3-4», при значеннях тиску близьких до 
тиску розриву (P ≈ 0,7…0,8 МПа), для запобігання повторному порушенню 
суцільності ґрунтового масиву, ін'єкційні роботи зупинялися [12]. 
48 
 
3
У ході натурних експериментів закачувалося 0,5 ... 0,7 м  цементно 
піщаного розчину. 
Після закінчення робіт для запобігання можливому виливу ін'єкційної 
суміші та пасивного опресування на ін'єктори встановлювалися металеві 
заглушки (Рисунок 2.18). Проходження шурфів здійснювалося через 14 діб 
після ін'єкційних робіт [12]. 
 
 
Рисунок 2.18 – Ін'єктори із встановленими металевими заглушками 
 
В результаті експериментів були отримані плоскі вертикальні тіла 
товщиною 250 ... 350 мм і більше (в області верхньої кромки - 50 ... 150 мм) з 
орієнтовними габаритними розмірами (l h) 1,9 1,6 м; 1,8х1,8 м та 2,1х1,7 м, що 
«виходять» у сторони за осі ін'єкторів на 0,3…0,6 м (Рисунок 2.19) [12]. 
Тверді ін'єкційні тіла, утворені в ході натурних експериментів, мали таку 
ж форму, як і тіла, отримані при лабораторних дослідженнях з ін'єкції рухомої 
суміші в моноліти ґрунтів непорушеної будови. Результати лабораторних та 
натурних експериментів у повній мірі підтверджували можливість створення 
ін'єкційних тіл встановленої форми в грунтовому масиві складеному 
49 
 
глинистими ґрунтами при нагнітанні цементно піщаного розчину методом 
пакетного високонапірного ін'єктування. 
 
 
Рисунок 2.19 – Вертикальні ін'єкційні тіла, сформовані на дослідному 
майданчику: а, б, в – у ході 1, 2 та 3-го експерименту; г – габаритні розміри 
ін'єкційних тіл 
 
 
 
 
 
 
50 
 
Висновки до розділу 2 
1. Метод пакетного високонапірного ін'єктування, що передбачає 
одночасне подання цементно-піщаної суміші через кілька ін'єкторів 
розташованих у певному геометричному порядку, дозволяє при нагнітанні 
створювати в ґрунтовому масиві ін'єкційні тіла встановленої форми, що 
підтверджується аналізами лабораторних та натурних експериментів. 
2. При одночасному нагнітанні через ін'єктори, розташовані вздовж 
прямої лінії на відстані до 20d один від одного, з утворенням у ґрунті лінійних 
порожнин під їх нижніми кінцями (глибиною 10d...20d), у ґрунтовому масиві 
формується плоске вертикальне ін'єкційне тіло. Нагнітання розчину через 
ін'єктори, розташовані у вершинах рівностороннього трикутника зі сторонами 
до 20d, з утворенням точкових порожнин (глибиною 1d...3d) призводить до 
формування горизонтального тіла дископодібної форми.  
3. Формування вертикальних і горизонтальних ін'єкційних тіл пакетним 
високонапірним ін'єктуванням можливе в широкому діапазоні глинистих ґрунтів 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
51 
 
РОЗДІЛ 3. АНАЛІЗ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОБГРУНТУВАННЯ 
ПАРАМЕТРІВ ПІДСИЛЕННЯ ГРУНТОВОЇ ОСНОВИ МЕТОДОМ 
ПАКЕТНОГО ВИСОКОНАПІРНОГО ІН'ЄКЦІЮВАННЯ 
 
3.1 Аналіз схеми розташування армоелементів на деформації ґрунтової основи 
фундаментів дрібного закладення 
 
Для проведення експериментів з оцінки впливу схеми розташування 
армоелементів – твердих включень, на деформації ґрунтової основи 
фундаментів дрібного закладення використовувався малий лабораторний 
ґрунтовий лоток з розмірами в плані (l×b) 90×37 см та глибиною 50 см. Лоток 
3
заповнювався середньозернистим піском (ρ = 1,45 г/см , �� = 28°,  С = 2 кПа, Е 
= 15 МПа). 
На ґрунт упоперек лотка без заглиблення укладався металевий жорсткий 
штамп прямокутної форми в плані шириною b = 11 см і довжиною l = 36 см 
(Рисунок 3.1) моделюючий стрічковий фундамент [7]. 
 
 
Рисунок 3.1 – Устаткування щодо лабораторних експериментів: а – малий 
грунтовий лоток; б – прямокутний (стрічковий) металевий штамп, гвинтовий 
домкрат та пружинний динамометр 
 
Навантаження передавалося у вигляді зосередженої сили гвинтовим 
домкратом через пружинний динамометр, при цьому висока жорсткість штампу 
52 
 
забезпечувала рівномірний розподіл тиску на ґрунт. Після кожного 
навантаження витримувався період умовної стабілізації деформацій. 
Вимірювання вертикальних осад штампу здійснювалося за двома 
прогібомірами Максимова з ціною розподілу 0,01 мм, встановленим на його 
торцях [12]. 
Армоелементи моделювалися щебенем дрібної фракції. Зерна щебеню 
мали незграбну або напівокатану неправильну форму, умовно близьку до 
кулястої, з еквівалентним діаметром �� ≈ 1 … 2 см (~ 0,1b…0,2b). 
Пісок подавався в лоток пошарово, після відсипання чергового шару в 
нього впроваджувалися зерна щебеню з невеликим зусиллям, що створює деяке 
ущільнення, умовно відповідне зміні структури навколишнього ґрунту при 
ін'єкції цементно-піщаного розчину (Рисунок 3.2) [7]. 
 
 
Рисунок 3.2 – Шар щебеню, покладеного по сітці з кроком ~ 2d...3d на глибині ~ 
1,5d від підошви штампу (а); засипання шару щебеню середньозернистим 
піском (б) 
 
Група з окремих зерен щебеню, що укладаються впритул, моделювала 
можливе порушення суцільності ін'єкційного тіла великого об'єму в грунтовому 
масиві. 
Кожен досвід повторювався 7…10 разів. Після дослідів пісок і щебінь 
виймалися з лотка, пісок просівався, і виконувалася підготовка до чергового 
експерименту. 
53 
 
У 1-й серії експериментів розглядалися такі варіанти підсилення (Рисунок 
3.3): 
 армування основи під підошвою штампу: 5 рівнів по глибині з 
розташуванням включень у плані по сітці з кроком ~ 2d…3d при ширині 
шару ~ 2b та відстанню між рівнями ~ 2d…3d; 
 щільні групи з окремих включень під кутами штампу в інтервалі глибин 
~2d...4d від підошви; 
 безладне розташування включень в активній зоні основи штампу до 
глибини ~ 1,5b…2b при ширині шару армування ~ 2b.  
У всіх дослідах використовувався однаковий обсяг включень – щебеню. 
 
 
Рисунок 3.3 – Розташування включень: а – 5 рівнів під підошвою; б – щільні 
групи під кутами штампу; в – безладне розташування 
 
Після обробки результатів були побудовані посередні графіки осад 
штампу на армованій ґрунтовій основі (Рисунок 3.4).  
Як видно з графіків, підсилення ґрунтового масиву армоелементами, 
незалежно від їх розташування в основі, має позитивний ефект і призводить до 
можливості збільшення навантаження на 15 ... 180% і більше в порівнянні з 
навантаженням сприймається не посиленою (природною) основою [7]. 
При розташуванні армоелементів за певними геометричними схемами 
осади штампу мають високу збіжність - різниця не перевищує 5-8% (графіки 2 і 
3 на рис. 3.4). Безладне армування також призводить до позитивного ефекту, але 
при цьому значення осаду мають великий розкид (графіки 4 на Рисунку 3.4). 
54 
 
 
Рисунок 3.4 – Графіки осад штампу на ґрунтовій основі: 1 – без підсилення;  
2 – при пошаровому розташуванні включень; 3 – при розташуванні щільних 
груп включень під кутами штампу; 4 – при безладному розташуванні включень 
в активній зоні основи 
 
Друга серія експериментів була проведена з метою виявлення якісних 
залежностей деформацій ґрунтової основи від кількості шарів армоелементів і 
розташування верхнього шару щодо підошви штампу [8]. 
Основа армувалася зернами щебеню розташованими на трьох або п'яти 
рівнях по глибині: 
 3 рівні включень, верхній рівень розташований безпосередньо під 
підошвою штампу (Рисунок 3.5); 
 3 рівні включень, верхній рівень розташований на глибині ~ 1,5d від 
підошви штампу; 
 5 рівнів включень, верхній рівень розташований безпосередньо під 
підошвою штампу; 
 5 рівнів включень, верхній рівень розташований на глибині ~1,5d від 
підошви штампу. 
55 
 
У всіх експериментах включення розташовувалися в плані по сітці з 
кроком ~ 2d ... 3d при ширині шару армування ~ 2b і відстанню між рівнями ~ 
2d ... 3d. 
 
 
Рисунок 3.5 – Щебінь, покладений по сітці з кроком ~ 2d…3d: 
а – встановлення штампу на шар щебеню; б – додаток вертикального 
навантаження 
 
Схеми розташування включень у 2-й серії експериментів наведено на 
Рисунках 3.6 та 3.7. 
 
Рисунок 3.6 – Розташування включень у 2-й серії експериментів: а – 3 рівні 
включень, верхній рівень – під підошвою штампу; б – 3 рівні включень, верхній 
рівень – на глибині ~ 1,5d від підошви 
56 
 
 
Рисунок 3.7 – Розташування включень у 2-й серії експериментів: а – 5 рівнів 
включень, верхній рівень – під підошвою штампу; б – 5 рівнів включень, 
верхній рівень – на глибині ~ 1,5d від підошви 
 
Графіки осад штампу, побудовані за результатами 2-ї серії експериментів, 
показані на Рисунках 3.8 та 3.9. 
 
 
Рисунок 3.8 – Графіки осад штампу: 1 – на не посиленій основі; на основі, 
армованій 3 рівнями включень: 2 – верхній рівень під підошвою штампу; 
3 – верхній рівень на глибині ~ 1,5d від підошви 
57 
 
 
Рисунок 3.9 – Графіки осад штампу: 1 – на не посиленій основі; на основі, 
армованій 5 рівнями включень: 2 – верхній рівень під підошвою штампу; 
3 – верхній рівень на глибині ~ 1,5d від підошви 
 
Аналіз результатів показує, що додавання армоелементів при їх 
рівномірному розташуванні в масиві грунту (за рахунок додаткових рівнів 
армування) призводить до можливості збільшення навантаження на грунтову 
основу на 40...60% (при зростанні обсягу включень на 67%). Влаштування 
буферного шару ґрунту між штампом і першим шаром ефективніше 
розташування включень безпосередньо під підошвою – збільшення 
навантаження становить не менше 20…35% [8].  
 
3.2 Аналіз схеми розташування армоелементів на деформації ґрунтової основи 
фундаментів дрібного закладання при підсиленні контурним армуванням 
 
Стрічковий фундамент, як і в попередніх серіях експериментів, моделі 
рався металевим жорстким штампом шириною b = 11 см і довжиною l = 36 см. 
Стовпчастий - металевим квадратним штампом товщиною h = 1 см зі сторонами 
b = 10 см. Армоелементи - щебенем з еквівалентним діаметром d ≈ 2 см (~ 0,2b) 
58 
 
та D ≈ 4 см (~ 0,4b). Дослідження включали проведення 26 експериментів (по 
13 кожного штампу), кожен експеримент повторювався щонайменше 3 раз.  
Варіювалися такі параметри: 
 розміри зерен щебеню: d та D; 
 крок контурного армування в плані: ~1d, 2d, 3d та ~1D, 2D;  
 кількість рівнів армування: від 4 до 10 для дрібних включень (d) та від 3 
до 5 для великих (D); 
 відстань між рівнями по глибині ~ 1d, 2d, 3d та ~ 1D, 2D.  
Приклади укладання щебеню при контурному армуванні прямокутного та 
квадратного штампу наведено на Рисунках 3.10 та 3.11. Схеми контурного 
армування прямокутного та квадратного штампу твердими включеннями 
показані на Рисунках 3.12 – 3.15 [8]. 
 
Рисунок 3.10 – Контурне армування прямокутного штампу: суцільне (а) та 
переривчасте (б) у плані зернами щебеню діаметром d; суцільне (в) і 
переривчасте (г) у плані зернами щебеню діаметром D 
59 
 
 
Рисунок 3.11 – Контурне армування квадратного штампу:  
а – суцільне у плані зернами щебеню діаметром d;  
б – переривчасте у плані зернами щебеню діаметром D 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
60 
 
 
 
Рисунок 3.12 – Розташування включень діаметром d при контурному армуванні 
прямокутного штампу:  
а – суцільне розташування у плані та по глибині;  
б - суцільне розташування в плані, уривчасте по глибині (крок 2d);  
в – суцільне розташування у плані, уривчасте по глибині (крок 3d);  
г - уривчасте розташування в плані (крок 2d), суцільне по глибині;  
д – переривчасте розташування в плані (крок 2d) та по глибині (крок 2d);  
е – переривчасте розташування в плані (крок 2d) та по глибині (крок 3d);  
ж - переривчасте розташування в плані (крок 3d), суцільне по глибині;  
з - переривчасте розташування в плані (крок 3d) та по глибині (крок 2d);  
и – переривчасте розташування в плані (крок 3d) та по глибині (крок 3d) 
61 
 
 
 
Рисунок 3.13 – Розташування включень діаметром d при контурному армуванні 
квадратного штампу:  
а – суцільне розташування у плані та по глибині;  
б - суцільне розташування в плані, уривчасте по глибині (крок 2d);  
в – суцільне розташування у плані, уривчасте по глибині (крок 3d);  
г - уривчасте розташування в плані (крок 2d), суцільне по глибині;  
д – переривчасте розташування в плані (крок 2d) та по глибині (крок 2d);  
е – переривчасте розташування в плані (крок 2d) та по глибині (крок 3d);  
ж - переривчасте розташування в плані (крок 3d), суцільне по глибині;  
з - переривчасте розташування в плані (крок 3d) та по глибині (крок 2d);  
и – переривчасте розташування в плані (крок 3d) та по глибині (крок 3d) 
62 
 
 
Рисунок 3.14 – Розташування включень діаметром D при армуванні 
прямокутного штампу: а – суцільне розташування у плані та по глибині; б - 
суцільне розташування в плані, уривчасте по глибині (крок 2D); в – уривчасте 
розташування в плані (крок 2D), суцільне по глибині; г – переривчасте 
розташування в плані (крок 2D) та по глибині (крок 2D) 
 
 
Рисунок 3.15 – Розташування включень діаметром D при армуванні квадратного 
штампу: а – суцільне розташування у плані та по глибині; б - суцільне 
розташування в плані, уривчасте по глибині (крок 2D); в – уривчасте 
розташування в плані (крок 2D), суцільне по глибині; г – переривчасте 
розташування в плані (крок 2D) та по глибині (крок 2D) 
63 
 
Ефективність різних схем розташування армоелементів при контурному 
армуванні фундаментів дрібного закладення нескладно оцінити порівнюючи 
посередні графіки залежності осаду штампу від величини тиску під по дошвою 
(Рисунок 3.16 – 3.20). 
Аналізуючи результати проведених експериментів можна сформулювати 
такі висновки. 
1. Всі схеми армування ґрунтової основи моделей фундаментів дрібного 
закладання певною мірою позитивно впливають на його роботу - величину 
осад. Навіть при схемі з мінімальною (з аналізованих варіантів) кількістю 
армоелементів (розмір включень – d, крок у плані – 3d, 4 рівня армування з 
відстанню між рівнями 3d) осаду істотно нижче за осад штампу на не посиленій 
підставі – приблизно на 25% (Рисунок 3.16) 
 
 
Рисунок 3.16 – Графік осад прямокутного штампу: 
1 – на не посиленому підставі; 2 – на підставі, армованій включеннями 
діаметром d, розташованими з кроком 3d у плані та по глибині 
 
2. Найбільший вплив на результат, як для прямокутного (стрічкового) так і 
для квадратного штампу, надає крок розташування включень – при їх 
впровадженні впритул, як у плані, так і по глибині, компресійний ефект 
максимальний і, відповідно, деформації основи мінімальні. У першому випадку 
осади можуть бути в 1,5...2 рази для прямокутного і в 3...4 рази для квадратного 
штампу менше, ніж при переривчастому контурному армуванні. При цьому 
64 
 
також спостерігається суттєве зростання величини граничного тиску на основу 
(Рисунок 3.17) [8]. 
 
Рисунок 3.17 – Графіки осад прямокутного (а) та квадратного штампу (б): 1 – на 
підставі із суцільним контурним армуванням; 2 – на підставі, армованій 
включеннями, розташованими з кроком 3d (а) та 2D (б) у плані та по глибині 
 
3. При однакових схемах армування вирішальне значення має розмір 
армоелементов: при суцільному контурному армуванні великими включеннями 
(D) осаду штампу на всіх етапах завантаження в 2...3 рази менше, ніж при 
армуванні дрібними (d), розташованими за аналогічними схемами. Також при 
армуванні більшими елементами відбувається помітне зростання величини 
граничного тиску на основу (Рисунок 3.18). 
4. При армуванні включеннями однакового розміру осаду штампу 
безпосередньо залежить від відстані між ними, і зі збільшенням кроку як у 
плані, так і по глибині зростає (Рисунок 3.19). 
При збільшенні кроку розташування дрібних включень (d) у плані до 3d 
(при суцільному армуванні глибиною) осаду збільшується вдвічі. Приблизно 
такому ж значенню осади призводить збільшення відстані до 3d між рівнями по 
глибині (при суцільному розташуванні включень у плані). 
При скороченні відстані між армоелементами, як у плані, і по глибині, 
значення граничного тиску основу збільшується. 
65 
 
 
Рисунок 3.18 – Графіки осад прямокутного штампу на підставі, армованій 
включеннями діаметром d – 1 та D – 2 при суцільному контурному армуванні 
(а) та при розташуванні включень з кроком 3d та 2D у плані та по глибині (б) 
 
 
Рисунок 3.19 – Графіки осад прямокутного штампу: 1 – на підставі суцільного 
контурного армування включеннями діаметром d; 2 – включення з кроком 3d у 
плані; 3 – включення з кроком 3d по глибині 
 
5. Важливу роль відіграє сумарний обсяг армоелементів – при армуванні 
дрібними (d) та великими (D) включеннями приблизно рівного обсягу, осади 
штампи (як прямокутного, так і квадратного) мають близькі значення (Рисунок 
3.20). При цьому зерна щебеню діаметром d розташовуються впритул, як у 
плані, так і по глибині, а діаметром D – з кроком 2D. 
 
66 
 
 
Рисунок 3.20 – Графіки осад прямокутного (а) і квадратного штампу (б):  
1 – на підставі армованої включеннями діаметром d; 
2 – діаметром D приблизно рівного обсягу 
 
3.3 Аналіз впливу схеми розташування твердих включень на деформації 
ґрунтової основи пальових фундаментів 
 
Аналізи щодо оцінки впливу схеми розташування твердих включень на 
деформації ґрунтової основи моделі пальового фундаменту проводилися також 
у малому ґрунтовому лотку за методикою, описаною в п. 3.1 [13]. 
Палі моделювалися металевими стрижнями діаметром dпал = 0,8 см і 
довжиною l = 25 см, пальовий ростверк – металевим квадратним штампом 
товщиною h = 1 см зі сторонами b = 10 см. Тверді включення – зерна щебеню з 
еквівалентним діаметром d ≈ (~ 0,1b) та D ≈ 2...3 см (~ 0,3b) (Рисунок 3.21) 
[13]. 
Модель пальового фундаменту включала 9 паль, розташованих по сітці з 
кроком 4,6 см (5,75 dпал). Для обмеження горизонтальних зсувів стрижні зі 
сховалися зі штампом через прошарок пластиліну [13]. 
 
67 
 
 
Рисунок 3.21 – Тверді включення – зерна щебеню діаметром 1...3 см (а); модель 
забивної палі – металевий стрижень, dпал = 0,8 см, l = 25 см (б) [13] 
 
Приклади підсилення моделі фундаменту твердими включеннями 
показані на Рисунку 3.22. 
 
 
Рисунок 3.22 – Підсилення моделі пальового фундаменту твердими 
включеннями: а – суцільне тверде тіло (плоский камінь) під нижніми кінцями 
стрижнів; б – 1 рівень включень діаметром d на глибині 0,5l від підошви 
штампу; в – 1 рівень включень діаметром D під підошвою штампу [13] 
 
68 
 
Дослідження включали 10 експериментів, кожен експеримент 
повторювався щонайменше три рази. 
Були розглянуті такі схеми підсилення моделі пальового фундаменту [13]: 
 суцільне тверде тіло (плоский камінь неправильної форми товщиною 
1,5...2,0 см з габаритними розмірами в плані ~ 12х10 см) під нижніми 
кінцями стрижнів на глибині ~ 2 см (2,5dпал); 
 1 рівень включень діаметром d, що складається з 2 шарів, розташованих 
без розривів у плані та по глибині (тут і у всіх аналогічних випадках), під 
нижніми кінцями стрижнів на глибині ~ 2d; 
 1 рівень включень діаметром d під підошвою штампу; 
 1 рівень включень діаметром D, розташованих без розривів у плані (тут і 
у всіх аналогічних випадках) під підошвою штампу; 
 1 рівень включень діаметром d на глибині 0,5l від підошви штампу;  
 2 рівні включень діаметром d – під штампом та на глибині 0,5l від його 
підошви; 
 3 рівнів включень діаметром d – під штампом, на глибині 0,5l від його 
підошви та під нижніми кінцями стрижнів на глибині ~ 2d; 
 суцільне контурне армування включеннями діаметром D від підошви до 
нижніх кінців стрижнів вздовж двох протилежних сторін штампу; 
 суцільне контурне армування включеннями діаметром D від підошви до 
нижніх кінців стрижнів вздовж усього периметра штампу;  
 суцільне контурне армування включеннями діаметром D від підошви до 
нижніх кінців стрижнів вздовж усього периметра штампу з 
впровадженням включень діаметром d у простір між стрижнями.  
Схеми підсилення моделі пальового фундаменту твердими включеннями 
наведені на Рисунках 3.23 та 3.24. 
69 
 
 
Рисунок 3.23 – Схеми підсилення моделі пальового фундаменту: 
а – суцільне тверде тіло (плоский камінь) під нижніми кінцями стрижнів;  
б – 1 рівень включень діаметром d під нижніми кінцями стрижнів;  
в – 1 рівень включень діаметром d під підошвою штампу;  
г – один рівень включень діаметром D під підошвою штампу;  
д – 1 рівень включень діаметром d на глибині 0,5l від підошви штампу;  
е – 2 рівня включень діаметром d – під штампом та на глибині 0,5l від його 
підошви;  
ж – 3 рівня включень діаметром d – під штампом, на глибині 0,5l від його 
підошви та під нижніми кінцями стрижнів на глибині ~ 2d 
70 
 
 
Рисунок 3.24 – Схеми підсилення моделі пальового фундаменту контурним 
армуванням включеннями діаметром D від підошви до нижніх кінців стрижнів: 
а – суцільне вздовж двох протилежних сторін штампу; б – суцільне вздовж 
усього периметра штампу; в – суцільне вздовж усього периметра штампу з 
використанням включень діаметром d у простір між стрижнями [13] 
 
Аналізуючи результати експериментів можна зробити такі висновки.  
1. Як і у разі армування основи прямокутного (стрічкового) і квадратного 
штампів – моделей фундаментів дрібного закладання, будь-які схеми 
підсилення моделі пальового фундаменту впровадженням твердих включень 
позитивно впливають на величину осад. Максимальний ефект досягається при 
розташуванні під нижніми кінцями стрижнів суцільного твердого тіла – 
спостерігається повне згасання деформацій (Рисунок 3.25). Найменш ефективна 
схема підсилення з розташуванням включень дрібної фракції (d) безпосередньо 
під підошвою штампу – опади, що знижуються на 10…15%, щодо осад на не 
посиленій підставі. Однак використання зерен великої фракції (D) знижує 
деформації вже на 25...50% і більше (Рисунок 3.26) [13]. 
71 
 
 
Рисунок 3.25 – Графіки осаду моделі пальового фундаменту: 
1 – без підсилення; 2, 3 – при розташуванні під нижніми кінцями стрижнів 1 
рівня включень діаметром d та суцільного твердого тіла 
 
 
Рисунок 3.26 – Графіки осаду моделі пальового фундаменту: 1 – без підсилення; 
2, 3 – при розташуванні під підошвою штампу 1 рівня включень діаметром d та 
1 рівня діаметром D [13] 
 
2. При всіх схемах підсилення ґрунтової основи моделі пальового 
фундаменту графіки залежності осаду від навантаження мають близький до 
72 
 
лінійного вигляд, різкої втрати несучої здатності («зриву») не спостерігається, 
граничне навантаження відсутнє (за винятком варіанта з розташуванням 1 рівня 
включень діаметром d під нижніми кінцями стрижнів (Рисунок 3.25) [14]. 
3. Найбільший вплив на результат надає порядок розташування твердих 
включень, що формує характер взаємодії моделі пальового фундаменту з 
ґрунтовим масивом, а не їх обсяг. До максимального ефекту призводить 
суцільне контурне армування включеннями діаметром D від підошви до нижніх 
кінців стрижнів вздовж двох протилежних сторін штампу. Схожі значення 
деформацій спостерігаються при розташуванні 3 рівнів включень діаметром d – 
під штампом, на глибині 0,5l від його підошви та під нижніми кінцями 
стрижнів. Опади знижуються в 3 рази, щодо осад на не посиленій підставі, при 
цьому навантаження може бути збільшене більш ніж у 2 рази (Рисунок 3.27). 
 
 
Рисунок 3.27 – Графіки осаду моделі пальового фундаменту: 
1 – на не посиленому підставі; 2 – при 3 рівнях включень діаметром d – під 
підошвою штампу, на глибині 0,5l та під нижніми кінцями стрижнів; 3 – при 
суцільному контурному армуванні включеннями діаметром D від підошви до 
нижніх кінців стрижнів вздовж протилежних сторін штампу 
 
73 
 
4. У ряді випадків зміна схеми підсилення з впровадженням додаткових 
армоелементів (мають суттєвий сумарний обсяг) не надає помітного 
позитивного впливу на величину осаду. 
Наприклад, різниця між опадами моделі пальового фундаменту, 
посиленого 1 рівнем (2 шари включень діаметром d – під нижніми кінцями 
стрижнів), 2 рівнями (по 2 шари включень діаметром d – під штампом і на 
глибині 0,5l від його підошви) та 3 рівнями (по 2 шари включень діаметром d – 
під штампом, на глибині 0,5l від його підошви та під нижніми кінцями 
стрижнів) не перевищує 10…20% (Рисунок 3.28) [13]. При цьому сумарний 
обсяг включень збільшується у 2 та 3 рази відповідно. 
 
 
Рисунок 3.28 – Графіки осаду моделі пальового фундаменту: 
1 – при 1 рівні включень діаметром d під нижніми кінцями стрижнів; 2 – при 2 
рівнях включень діаметром d – під підошвою штампу та на глибині 0,5l від 
підошви; 3 – при 3 рівнях включень – під підошвою штампу, на глибині 0,5l та 
під нижніми кінцями стрижнів 
 
У свою чергу значення деформацій при армуванні за схемою з 2 і 3 
рівнями відрізняються між собою не більше ніж на 5...10%, при різниці обсягу 
включень в 1,5 рази [15]. 
74 
 
Також, деформації ґрунтової основи моделі пальового фундаменту з 
суцільним контурним армуванням включеннями діаметром D від підошви до 
нижніх кінців стрижнів вздовж двох протилежних сторін штампу дуже близькі 
до деформацій при суцільному армуванні вздовж всього периметра з 
впровадженням діаметром d у простір між стрижнями. Підсилення моделі 
пальового фундаменту суцільним контурним армуванням включеннями 
діаметром D від підошви до нижніх кінців стрижнів вздовж двох протилежних 
сторін штампу ефективніше за суцільне армування вздовж усього периметра 
(Рисунок 3.29). При цьому обсяг включень відрізняється більш ніж у 3 рази в 
першому та більш ніж у 2 рази у другому випадку. 
 
 
Рисунок 3.29 – Графіки осаду моделі пальового фундаменту: 
1 – при суцільному контурному армуванні включеннями діаметром D від 
підошви до нижніх кінців стрижнів; 2 – при суцільному контурному армуванні 
вздовж двох протилежних сторін штампу; 3 – при суцільному контурному 
армуванні вздовж усього периметра з використанням включень діаметром d у 
простір між стрижнями 
 
 
 
75 
 
3.4 Аналіз підсилення ґрунтової основи пальових фундаментів під машини з 
динамічними навантаженнями 
 
Відомо, що параметри коливань фундаментів від динамічних навантажень 
або кінематичного збудження залежать від параметрів жорсткості і 
демпфування основи, а також від маси коливається системи, що складається з 
фундаменту, машини і «приєднаного масиву» ґрунту. Так як вага машин, 
технологічних установок, механізмів тощо, як правило, відносно невеликий, 
кількість паль навіть на дуже слабких грунтах приймається конструктивно, 
виходячи з розмірів ростверку, що диктуються габаритами устаткування, що 
розміщується. У процесі коливань пальових фундаментів все статичне 
навантаження передається на палі, в результаті чого грунт під ростверком 
залишається неущільненим, контакт підошви з грунтом порушується, а зазори, 
що утворилися, перешкоджають спільну роботу ґрунтового масиву з 
фундаментом [16].  
Підсилення пальових фундаментів під машини з динамічними 
навантаженнями можна виконувати методом високонапірного пакетного 
ін'єктування. Цементно-піщаний розчин при нагнітанні під підошву ростверку 
ліквідує можливі зазори і ущільнює грунт, забезпечуючи його спільну роботу з 
фундаментом, а затвердівши, «приєднує» додатковий об'єм грунтового масиву, 
помітно збільшуючи масу коливальної системи, що веде до зниження пари. 
горизонтальних, і вертикальних коливань. При цьому тверде ін'єкційне тіло, 
об'єднуючи палі, підвищує жорсткість пальової основи, що також сприяє 
додатковому зниженню параметрів коливань [13].  
Експериментальна перевірка ефективності підсилення ґрунтової основи 
пальових фундаментів під машини з динамічними навантаженнями пакетним 
високонапірним ін'єктуванням була виконана у великому ґрунтовому лотку з 
розмірами в плані 33 м і глибиною 2 м (без дна). Він заповнювався 
дрібнозернистим повітряносухим піском (ρ = 1,70 г/см3, w = 1,7%, Е = 28 МПа). 
Пісок укла дивався шарами товщиною по 20 см і ущільнювався ручним 
трамбуванням. Потужність піщаної основи становила 1,5…1,6 м. Підстилаючим 
76 
 
шаром була лесовидна маловологі тверда супісь природного додавання 
3
потужністю понад 10 метрів (ρ = 1,71 г/см , w = 11%, , �� = 20°,  С = 50 кПа , Е 
= 11 МПа). 
Як модель фундаменту використовувався металевий зварний ріст верк зі 
швелерів № 12 і 20 і листового металу товщиною 10 мм з розмірами в плані 520 
520 мм, що спирається на 9 металевих порожнистих паль діаметром dпал = 4,2 
см і довжиною l = 0,92 м, які розташовані по сітці з кроком 21 см (5dпал). Палі 
завантажувалися ручною кувалдою, ростверк встановлювався на палі без 
заглиблення і через болтові з'єднання жорстко з ними сполучався. На ростверк 
встановлювалися інвентарні вантажі – металеві диски вагою 2…4 кг. Загальна 
вага привантаження становила 80 ... 90 кг (Рисунок 3.30) [17]. 
 
 
Рисунок 3.30 – Модель пальового фундаменту у великому ґрунтовому лотку із 
встановленим 2-вальним вібратором спрямованої дії 
 
Коливання були в горизонтальному і вертикальному напрямку в діапазоні 
частот від 5 до 40 ... 45 Гц (що відповідає робочим частотам більшості машин і 
механізмів з динамічними навантаженнями [7]) 2-вальним вібратором 
спрямованої дії, встановленим на ростверк. 
77 
 
Реєстрація параметрів коливань (амплітуд переміщень ростверку) 
здійснювалася комплектом К001 із трьох вібродатчиків типу І001. Два вібро 
датчики вимірювали горизонтальну складову коливань, один – вертикальну. 
Датчики встановлювалися на межі металевого ростверку, орієнтувалися у 
просторі та жорстко закріплювалися для виключення можливості переміщення 
щодо фундаменту. За допомогою проводів вони приєднувалися до зовнішнього 
модуля АЦП (L-CARD E-330) та персонального комп'ютера. 
Як ін'єктори використовувалися металеві труби діаметром 25 мм з 
товщиною стінки 2,5 мм [17]. Для створення під підошвою горизонтального 
ін'єкційного тіла 3 ін'єктори встановлювалися з різних сторін ростверку - у 
вершинах рівностороннього трикутника на відстані 0,60 ... 0,65 м один від 
одного. Точкові порожнини ін'єктування формувалися вдавлюванням ін'єк- торів 
на глибину 6,0...7,0 см від рівня підошви ростверку з подальшим підняттям на 
3,0...4,0 см. 
Нагнітання робилося трьома ручними насосами одночасно через усі 
ін'єктори. Цементно-піщаний розчин готувався на місці у співвідношенні: 
цемент – 1 частина, пісок – 4 частини, вода – до необхідної пластичності 
3
суміші. При витраті 0,03 м  розчину, що приблизно відповідає обсягу 
горизонтального ін'єкційного тіла діаметром 0,6 м, процес нагнітання 
припинявся. 
Було виконано 3 цикли реєстрації параметрів коливань моделі пальового 
фундаменту: 
 на ґрунтовій основі до підсилення; 
 на основі, підсиленій нагнітанням цементно-піщаного розчину під 
підошву ростверку (через 6 годин після ін'єктування); 
 на основі, підсиленій твердим ін'єкційним тілом, сформованим під 
підошвою ростверку (через 28 днів після проведення робіт з 
ін'єктування). 
 В результаті було отримано амплітудно-частотні графіки коливань моделі 
пальового фундаменту до та після його підсилення (Рисунки 3.31, 3.32). 
78 
 
 
Рисунок 3.31 – Графіки горизонтальних коливань пальового фундаменту:  
1 – до підсилення; 2 – після нагнітання ін'єкційного розчину; 3 – після 
формування твердого ін'єкційного тіла 
 
Рисунок 3.32 – Графіки вертикальних коливань пальового фундаменту:  
1 – до підсилення; 2 – після нагнітання ін'єкційного розчину; 3 – після 
формування твердого ін'єкційного тіла 
79 
 
Висновки до розділу 3 
1. Деформаційні властивості основи, підсиленої твердими включеннями, 
визначаються розташуванням армоелементів у ґрунтовому масиві та залежать 
від їх обсягу.  
2. Контурне армування фундаментів дрібного закладення є ефективним 
способом підсилення. Суцільне контурне армування призводить до значного 
зниження осаду (в 1,5...2 рази для стрічкового та в 3...4 рази для стовпчастого 
фундаменту) та можливості збільшення граничного тиску (в 2...3 рази). При 
переривчастому контурному армуванні з максимальним прийнятим кроком 3d у 
плані та по глибині граничний тиск на основу може бути збільшений у 2 рази і 
більше при зниженні деформацій на 25%. Ефективність контурного армування 
залежить від кроку армоелементів, як у плані, і по глибині. Осади фундаментів 
армованих включеннями, розташованими за різними схемами (переривчастим 
армуванням у плані суцільним по глибині, і, навпаки) з однаковим сумарним 
об'ємом мають близькі значення. 
3. Підсилення основи пальових фундаментів твердими включеннями 
призводить до позитивного ефекту: зниження деформацій та можливості 
суттєвого збільшення навантаження. При всіх схемах підсилення залежність 
осаду від навантаження має близький до лінійного вигляду, різка втрата несучої 
здатності («зрив») відсутня. При підсиленні пальових фундаментів провідне 
значення має порядок розташування включень, що формує характер взаємодії 
пальового фундаменту з ґрунтовим масивом [13]. У деяких випадках навіть 
значне збільшення обсягу включень не призводить до помітного зниження 
осаду. 
4. Найбільш ефективна схема підсилення пальових фундаментів – 
підсилення основи під нижніми кінцями паль, а також міжпального простору 
двома рівнями дрібних включень (під підошвою штампу та на глибині 0,5l від 
підошви). У цих випадках навантаження може бути збільшено на 75 ... 100%, 
при зниженні осаду в 3 рази і більше [13]. 
 
 
80 
 
РОЗДІЛ 4. ПІДСИЛЕННЯ ГРУНТОВОЇ ОСНОВИ БУДІВЕЛЬ 
МЕТОДОМ ПАКЕТНОГО ВИСОКОНАПІРНОГО ІН'ЄКЦІЮВАННЯ 
 
4.1 Підхід до підсилення ґрунтової основи пакетним високонапірним 
ін'єктуванням 
 
Узагальнюючи результати аналізу лабораторних експериментів та 
чисельних аналізів досліджень справедливо зробити висновок, що обов'язковою 
умовою ефективного підсилення високонапірним ін'єктуванням є створення в 
ґрунтовому масиві твердих ін'єкційних тіл – армоелементів, встановленої 
форми, розташованих за конкретними геометричними схемами. Безладне 
розміщення включень невизначеної конфігурації призводить до 
непрогнозованих результатів. Друге, деформації ґрунтової основи 
безпосередньо залежать від обсягу ін'єкційних тіл – збільшення кількості 
армоелементів веде до зниження осад. Однак навіть мінімальне армування 
позитивно позначається на напружено-деформованому стані грунтового масиву, 
а питома ефективність підсилення знижується разом із збільшенням кількості 
армоелементів. 
Метод пакетного високонапірного ін'єктування дозволяє створювати на 
основі складеному глинистими ґрунтами вертикальні та горизонтальні тіла 
правильної форми. Експериментально підтверджені розміри вертикальних 
ін'єкційних тіл не менше 1,8х1,6х0,25 м (довжина, висота та товщина) при 
відстані між ін'єкторами 1,2 м, а лінійний розмір горизонтальних тіл 
дископодібної форми суттєво перевищує діаметр кола описаного біля умовного 
рівностороннього трикутника зі сторонами завдовжки 20d, де d – діаметр 
ін'єктора (розділ 2). 
Виконання ін'єкційних тіл великих розмірів може лише позитивно 
позначитися на ефективності підсилення – результати лабораторних 
експериментів свідчать, що укрупнення армоелементів веде до зниження осад 
фундаментів. Скорочення та ліквідація зазорів між ін'єкційними тілами сприяє 
81 
 
формуванню суцільних масивів, що очевидно, також позитивно впливає на 
деформацію ґрунтової основи.  
З вищесказаного слід, що підсилення пакетним високонапірним 
ін'єктуванням доцільно виконувати поетапно - збільшуючи кількість 
армоелементів, і відповідно змінюючи схему їх розташування в плані (від 
переривчастого контурного армування до суцільного, від армування вздовж 
двох протилежних сторін до армування вздовж усього периметра, суцільного 
контурного армування до виконання армоелементів під підошвою фундаменту). 
При цьому необхідність проведення наступних робіт визначається за 
результатами моніторингу за динамікою розвитку деформацій ґрунтової основи 
в процесі та після завершення кожного етапу. Варіанти поетапного підсилення 
фундаментів різних типів наведено у п. 4.2. 
Поетапне підсилення ґрунтової основи пакетним високонапірним 
ін'єктуванням, очевидно, є «спостережним методом»: методом проєктування, 
що спочатку передбачає можливість коригування проєкту на підставі 
геотехнічного моніторингу [18]. 
Відповідно до [14] «для застосування спостережного методу до початку 
будівництва необхідно: 
 виконати попередній розрахунковий прогноз; 
 встановити контрольовані критерії та характеристики; 
 встановити допустимі межі контрольованих характеристик;  
 оцінити можливий діапазон цих характеристик та переконатися, що з 
прийнятною ймовірністю реальні характеристики будуть у допустимих 
межах; 
 розробити програму контролю (моніторингу) зміни вибраних 
характеристик; 
 переконатися, що час реакції вимірювальних систем моніторингу та 
процедури обробки та аналізу результатів займають досить мало часу 
щодо очікуваної швидкості розвитку ситуації на майданчику для 
прийняття своєчасних дій; 
82 
 
 розробити план заходів, які слід застосувати у разі перевищення 
контрольованих характеристик допустимих меж».  
Контрольований параметр при поетапному посиленні пакетним 
високонапірним ін'єктуванням – динаміка розвитку осад фундаментів. У 
процесі робіт проводиться постійний геодезичний контроль: кількість марок 
залежить від конструктивної схеми та габаритів, кількість циклів вимірювань – 
від темпів будівництва чи швидкості наростання деформацій. У разі нового 
будівництва після виконання чергового етапу слід визначати відносні опади 
(ΔS/L)u або крени iu та порівнювати їх з розрахунковими значеннями або 
граничними, зазначеними в нормативній літературі. При посиленні аварійних 
або реконструйованих будівель показником є згасання деформацій. За умовну 
стабілізацію можна прийняти збільшення осадів фундаментів ∆Sу не більше ніж 
на 1 мм за 3 місяці. 
Оскільки збільшення глибини армування на практиці проблематичне, 
кількість ін'єкційних горизонтів має визначатися до початку робіт. Глубину 
армування основи фундаментів дрібного закладення слід призначати в межах 
0,9b…1,2b від підошви; пальових фундаментів – до нижньої межі товщини, що 
стискається – для виключення можливості поширення розчину за контури 
ростверку при формуванні ін'єкційних тіл під вістрям паль або в міжпальному 
просторі. Глибина армування плитних фундаментів залежить від потужності 
активної зони основи та інженерно-геологічних умов майданчика – наявності в 
розрізі прошарків слабких ґрунтів [18]. 
Крім цілком очевидної економії, позитивна сторона поетапного 
підсилення – відсутність ризику негативних наслідків надлишкового нагнітання 
цементно-піщаної суміші та створення штучної неоднорідності ґрунтової 
основи. 
 
 
 
 
 
83 
 
4.2 Підсилення фундаментів методом пакетного високонапірного ін'єктування 
 
Далі представлені варіанти поетапного підсилення фундаментів пакетним 
високонапірним ін'єктуванням із послідовним збільшенням кількості 
армоелементів та відповідно зміною схеми армування [10]. Перший варіант 
підсилення стовпчастих фундаментів дрібного закладення включає наступні 
етапи (Таблиця 4.1): 
 переривчасте контурне армування вздовж двох протилежних сторін 
фундаменту; 
 переривчасте контурне армування вздовж усього периметра фундаменту;  
 суцільне контурне армування вздовж усього периметру фундаменту. 
 
 Таблиця 4.1 – Послідовність підсилення контурним армуванням 
стовпчастого фундаменту дрібного закладення (1-й варіант) 
1-й етап 2-й етап 3-й етап 
 
 
 
S / Sе = 7% S / Sе = 15% S / Sе = 22% 
КПРМ = 1,68 КПРМ = 1,60 КПРМ = 1,75 
 
Примітка. У Таблицях 4.1-4.10: S/Se – різниця осадів фундаменту на 
природній і на посиленій основі у відсотках; КПРМ – коефіцієнт наведеної 
3
витрати матеріалу, що дорівнює відношенню обсягу V (м ) армоелементів до 
різниці осад S (см). 
 
 
84 
 
Другий варіант підсилення стовпчастих фундаментів (Таблиця 4.2):  
 переривчасте контурне армування вздовж двох протилежних сторін 
фундаменту; 
 суцільне контурне армування вздовж двох протилежних сторін 
фундаменту; 
 суцільне контурне армування вздовж усього периметру фундаменту. 
 
 Таблиця 4.2 – Послідовність підсилення контурним армуванням 
стовпчастого фундаменту дрібного закладення (2-й варіант) 
1-й етап 2-й етап 3-й етап 
 
 
 
S / Sе = 7% S / Sе = 12% S / Sе = 22% 
КПРМ = 1,68 КПРМ = 1,65 КПРМ = 1,75 
 
Вибір варіанта залежить від конструктивних особливостей будівлі, 
можливості розміщення ін'єкційного обладнання та інших факторів. Підсилення 
стрічкових фундаментів дрібного закладання здійснюється (Таблиця 4.3) [10]: 
 переривчастим контурним армуванням вздовж двох протилежних сторін 
фундаменту; 
 суцільним контурним армуванням вздовж двох протилежних сторін 
фундаменту. 
 Наступний етап підсилення фундаментів дрібного закладення при 
необхідності – нагнітання цементно-піщаного розчину під підошву та 
формування твердого ін'єкційного тіла в активній зоні ґрунтової основи. 
85 
 
Перший варіант підсилення пальового куща містить наступну 
послідовність (Таблиця 4.4): 
 переривчасте контурне армування вздовж двох протилежних сторін 
ростверку; 
 переривчасте контурне армування вздовж усього периметру ростверку;  
 суцільне контурне армування вздовж усього периметру ростверку;  
 формування ін'єкційного тіла під нижніми кінцями паль. 
 Таблиця 4.3 – Послідовність підсилення контурним армуванням 
стрічкового фундаменту дрібного закладення 
1-й етап 2-й етап 
 
 
S / Sе  15% S / Sе  22% 
КПРМ  1,68 КПРМ  1,65 
 
Таблиця 4.4 – Послідовність підсилення контурним армуванням 
пальового куща (1-й варіант) 
1-й етап 2-й етап 3-й етап 4-й етап 
 
  
 
S / Sе = 3% S / Sе = 6% S / Sе = 9% S / Sе = 31% 
КПРМ = 8,40 КПРМ = 8,40 КПРМ = 9,33 КПРМ = 2,87 
 
86 
 
Другий варіант підсилення пальового куща (Таблиця 4.5) [18]: 
 переривчасте контурне армування вздовж двох протилежних сторін 
ростверку; 
 суцільне контурне армування вздовж двох протилежних сторін ростверку; 
 суцільне контурне армування вздовж усього периметру ростверку;  
 формування ін'єкційного тіла під нижніми кінцями паль.  
Третій варіант представлений у Таблиці 4.6 та передбачає роботи: 
 з формування ін'єкційного тіла під нижніми кінцями паль;  
 щодо формування ін'єкційних тіл у міжпальному просторі. 
 
 Таблиця 4.5 – Послідовність підсилення контурним армуванням 
пальового куща (2-й варіант) 
1-й етап 2-й етап 3-й етап 4-й етап 
 
 
  
S / Sе = 3% S / Sе = 4% S / Sе = 9% S / Sе = 31% 
КПРМ = 8,40 КПРМ = 9,33 КПРМ = 9,33 КПРМ = 2,87 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
87 
 
Таблиця 4.6 – Послідовність підсилення міжпального простору 
ін'єкційними тілами 
1-й етап 2-й етап 
 
 
S / Sе = 27% S / Sе = 39% 
КПРМ = 0,86 КПРМ = 4,00 
 
Вибір варіанта контурного армування пальових фундаментів, як і для 
фундаментів дрібного закладення, залежить від можливості розміщення 
ін'єкційного обладнання та інших обставин. Однак лабораторні експерименти 
показують, що суцільне армування вздовж двох протилежних сторін ростверку 
ефективніше за уривчастий уздовж усього периметра, що втім, не 
підтверджується чисельними дослідженнями [13]. 
Підсилення пальового куща шляхом формування ін'єкційного тіла під 
нижніми кінцями паль або ін'єкційних тіл у міжпальному просторі, може 
проводитися як без, так і після виконання контурного армування. Потім краще, 
оскільки армоелементи є екраном, що перешкоджає можливому 
неконтрольованому поширенню ін'єкційного розчину з-під ростверку. 
Підсилення стрічкових пальових фундаментів може проводитись у 2 
етапи (Таблиця 4.7): 
 переривчасте контурне армування вздовж двох протилежних сторін 
ростверку; 
 суцільне контурне армування вздовж двох протилежних сторін ростверку. 
 
88 
 
 Таблиця 4.7 – Послідовність підсилення контурним армуванням 
стрічкових пальових фундаментів 
1-й етап 2-й етап 
 
 
S / Sе  6% S / Sе  9% 
КПРМ  8,40 КПРМ  9,33 
 
Після 2-го етапу можливе виконання підсилення шляхом формування 
ін'єкційних тіл, як під вістрям паль, так і в міжпальному просторі.  
Перший варіант підсилення основи плитних фундаментів включає 
наступну послідовність (Таблиця 4.8) [18]: 
 переривчасте контурне армування вздовж суміжних сторін від кута 
фундаментної плити в напрямку зафіксованого крену на ділянках 
завдовжки 0,25b (де b – ширина плитного фундаменту); 
 переривчасте контурне армування вздовж суміжних сторін від кута 
фундаментної плити на ділянках завдовжки ~0,5b; 
 суцільне контурне армування вздовж суміжних сторін від кута 
фундаментної плити на ділянках завдовжки ~0,5b; 
 армування ґрунтової основи під підошвою кутової частини плити, біля 
якої виконано контурне армування. 
 
 
 
 
89 
 
 Таблиця 4.8 – Послідовність підсилення армуванням плитного 
фундаменту (1-й варіант) 
1-й етап 2-й етап 3-й етап 4-й етап 
 
 
 
 
S / Sе = 2% S / Sе = 3% S / Sе = 5% S / Sе = 31% 
КПРМ = 30,00 КПРМ = 42,00 КПРМ = 52,50 КПРМ = 29,96 
 
2-й варіант (Таблиця 4.9) [14]: 
 суцільне контурне армування вздовж суміжних сторін від кута 
фундаментної плити на ділянках завдовжки ~0,125b; 
 суцільне контурне армування вздовж суміжних сторін від кута 
фундаментної плити на ділянках завдовжки ~0,25b; 
 суцільне контурне армування вздовж суміжних сторін від кута 
фундаментної плити на ділянках завдовжки ~0,5b; 
 армування ґрунтової основи під підошвою кутової частини плити, біля 
якої виконано контурне армування. 
При посиленні ґрунтової основи плитних фундаментів контурним 
армуванням можливий інший порядок, наприклад (Таблиця 4.10):  
 переривчасте контурне армування вздовж суміжних сторін від кута 
фундаментної плити на ділянках довжиною 0,25b; 
 суцільне контурне армування вздовж суміжних сторін від кута 
фундаментної плити на ділянках завдовжки ~0,25b; 
 суцільне контурне армування вздовж суміжних сторін від кута 
фундаментної плити на ділянках завдовжки ~0,5b; 
 армування ґрунтової основи під підошвою кутової частини плити, біля 
якої виконано контурне армування. 
90 
 
 Таблиця 4.9 – Послідовність підсилення армуванням плитного 
фундаменту (2-й варіант) 
1-й етап 2-й етап 3-й етап 4-й етап 
 
  
 
S / Sе = 2% S / Sе = 4% S / Sе = 5% S / Sе = 31% 
КПРМ = 30,00 КПРМ = 35,00 КПРМ = 52,50 КПРМ = 29,96 
 
Таблиця 4.10 – Послідовність підсилення армуванням плитного 
фундаменту (3-й варіант) 
1-й етап 2-й етап 3-й етап 4-й етап 
 
 
 
 
S / Sе = 2% S / Sе = 4% S / Sе = 5% S / Sе = 31% 
КПРМ = 30,00 КПРМ = 35,00 КПРМ = 52,50 КПРМ = 29,96 
 
Армоелементи під підошвою плити також виконуються поетапно – від 
кута до центру, їхня кількість залежить від динаміки розвитку нерівномірних 
деформацій, виявленої в ході робіт з підсилення. 
Автором проаналізовано 2 способи підсилення пальових фундаментів 
пакетним високонапірним ін'єктуванням. 
Перший спосіб включає 2 етапи: суцільне контурне армування вздовж 
периметра пальового фундаменту вертикальними ін'єкційними тілами від 
91 
 
дошви до нижньої межі товщини, що стискається, і підсилення ґрунтової 
основи під нижніми кінцями паль. 
Вертикальні ін'єкційні тіла формуються пакетним високонапірним 
ін'єктуванням - шляхом одночасної подачі цементно-піщаного розчину через 
ряд ін'єкторів, встановлених уздовж прямої лінії (розділ 2). На кожній захватці 
нагнітання проводиться на кількох ін'єкційних горизонтах знизу вгору. Висотна 
позначка нижнього горизонту призначається виходячи з глибини стисканої 
товщі основи, кількість горизонтів і захваток залежить від габаритів пальового 
фундаменту (Рисунок 4.1) [8]. 
Підсилення ґрунтової основи під нижніми кінцями паль виконується 
подачею цементно-піщаного розчину через ін'єктори занурені через отвори в 
тілі ростверку. Отвори, для формування горизонтальних ін'єкційних тіл 
пакетним високонапірним ін'єктуванням, розташовуються між палями, по 
можливості, групами по 3 штуки у вершинах умовного рівностороннього 
трикутника на відстані близько 1,2 м один від одного. Ін'єктування проводиться 
одночасно через 3 ін'єктори. Кількість ін'єкційних горизонтів, як і при 
контурному армуванні, визначається глибиною товщини основи, що 
стискається. 
Головним критерієм закінчення робіт при створенні вертикальних 
ін'єкційних тіл служить об'єм закачуваного розчину на одній захватці (0,7…0,8 
3
м  при проектних розмірах тіла 1,8х1,6х0,25 м). Процес формування 
горизонтальних тіл під нижніми кінцями паль можна зупиняти при плавному 
підвищенні тиску, що подає - на 40% проти робочого, при об'ємі нагнітання не 
3
менше 0,3 ... 0,4 м  на захваті [18]. 
Контурне армування пальового фундаменту призводить до зниження 
деформацій ґрунтової основи, а також перешкоджає можливому поширенню 
ін'єкційного розчину за межі ростверку при проведенні робіт 2-го етапу. 
Ін'єкційні тіла безпосередньо під нижніми кінцями, свого міста, розширена 
п'ята, сприяють збільшенню несучої здатності паль, а підсилення товщини, що 
стискається, на всю глибину веде до істотного зниження осад фундаменту за 
рахунок підвищення модуля деформації основи. 
92 
 
 
Рисунок 4.1 – Етапи підсилення пальових фундаментів пакетним 
високонапірним ін'єктуванням: контурне армування пальового куща (а); 
підсилення ґрунтової основи під нижніми кінцями паль (б).  
1 – пальовий ростверк; 2 – палі; 3 – ін'єктори; 4 – вертикальні ін'єкційні тіла;  
5 – висотна позначка нижнього кінця паль; 6 – висотні позначки ін'єкційних 
горизонтів; 7 - межа товщини, що стискається; 8 – горизонтальні ін'єкційні тіла 
 
Перший спосіб може застосовуватися для підсилення існуючих пальових 
кущів з будь-яких видів паль [7]. Другий – для можливості збільшення не 
існуючої здатності та зниження осад, в першу чергу, пальових та пальово 
плитних фундаментів з бурових паль у процесі їх зведення або початкового 
періоду експлуатації. Роботи також виконуються у 2 етапи, на першому етапі 
93 
 
посилюється ґрунтова основа під нижніми кінцями крайніх (крайових та 
кутових) паль, а на другому – внутрішніх (Рисунок 4.2). 
 
 
Рисунок 4.2 – Етапи підсилення пальових фундаментів пакетним 
високонапірним ін'єктуванням: підсилення ґрунтової основи під крайніми (а) та 
під внутрішніми палями (б). 1 – пальовий ростверк; 2 – буронабивні палі;  
3 – ін'єктори; 4 – висотна позначка нижнього кінця паль; 5 – висотні позначки 
ін'єкційних горизонтів; 6 - межа товщини, що стискається; 7, 8 – горизонтальні 
ін'єкційні тіла під крайніми та внутрішніми палями 
 
Підсилення виконується нагнітанням цементно-піщаного розчину через 
ін'єктори, опущені в ін'єкційні кондуктори – металеві труби, встановлені в тіло 
бурових паль при їх зведенні [7]. Довжина кондукторів призначається виходячи 
94 
 
з необхідності занурення одного кінця до позначки вибою палі та піднесення 
другого над обрізом ростверку. 
Для формування горизонтальних ін'єкційних тіл методом пакетного 
високонапірного ін'єкції кондуктори розміщуються у вершинах умовного 
рівностороннього трикутника. При палях великого діаметру – понад 800 мм, 
група з трьох кондукторів може розташовуватися усередині палі на відстані 
600…700 мм один від одного. При палях діаметром менше 450 мм – у кожній 
палі розміщується по одному кондуктору. В обох випадках кондуктори можуть 
бути елементами армування. 
Ін'єктування проводиться на декількох горизонтах, рівномірно по всій 
глибині товщини основи пальового фундаменту. При призначенні кількості 
ін'єкційних горизонтів та їх висотного становища враховуються інженерно-
геологічні особливості майданчика. Критерієм закінчення робіт зі створення 
горизонтальних ін'єкційних тіл, як і в першому способі, є плавне підвищення 
тиску - на 40% проти робітника. Додатковий критерій – обсяг закачуваного 
розчину, що прямо залежить від відстані між ін'єкторами [7]. 
Підсилення основи під крайніми (крайовими та кутовими) палями 
дозволяє підвищити їх несучу здатність у процесі зведення будівлі, що 
позитивно позначається на роботі пальового поля, а також запобігти 
поширенню ін'єкційного розчину за межі зони, що посилюється. Створення 
твердих ін'єкційних тіл в основі під нижніми кінцями, як було сказано вище, 
збільшує несучу здатність паль та знижує опади пальового фундаменту. 
При зведенні будівель і споруд на плитних фундаментах існує ризик 
виникнення випадкових кренів, спричинених нерівномірними деформаціями 
ґрунтової основи. Розвиток нерівномірних деформацій може бути обумовлено 
наявністю прошарків техногенних, слабких або просадних ґрунтів, зміною 
рівня підземних вод, проморожуванням або замочуванням розкриття котловану, 
проведенням робіт, що впливають на напружено-деформований стан основи та 
іншими факторами, що нерідко мають місце на будівельному майданчику в 
межах міської забудови. У висотних будівель великої довжини зі складною 
95 
 
конфігурацією в плані, можливе зміщення центру тяжіння в ході будівництва 
або, наприклад, прояв негативного впливу сусідніх секцій [20]. 
Метод пакетного високонапірного ін'єктування рухомого цементно 
піщаного розчину дає можливість своєчасного коригування вертикального 
положення будівель за рахунок виправлення нерівномірних деформацій, а також 
адаптації плитного фундаменту до зміни фізико-механічних характеристик 
грунтів основи, як у процесі будівництва, так і при подальшій експлуатації [15]. 
Коригування може здійснюватися в декілька етапів, наприклад:  
 переривчасте контурне армування біля кутової частини фундаментної 
плити в напрямку зафіксованого крену вздовж суміжних сторін на 
ділянках завдовжки 0,25b; 
 подовження ділянок із переривчастим контурним армуванням до 0,5b;  
 суцільне контурне армування вздовж суміжних сторін; 
 підсилення ґрунтової основи під підошвою кутової частини плити.  
 Необхідність проведення робіт визначається під час геодезичних 
спостережень за опадами та кренами у процесі будівництва чи експлуатації. 
Проектом передбачається обов'язкова установка геодезичних марок, кількість та 
частота вимірів залежить від темпів будівництва та ґрунтових умов майданчика 
[20]. Зареєстровані показання зіставляються з даними попередніх циклів і у разі 
відсутності згасання нерівномірних деформацій виконуються роботи 
наступного етапу. 
Для можливості підсилення ґрунтової основи під підошвою в тілі 
фундаментної плити при її виготовленні розміщують вертикально орієнтовані 
ін'єкційні кондуктори (Рисунок 4.3). 
96 
 
 
Рисунок 4.3 – Схема розміщення ін'єкційних кондукторів у тілі фундаментної 
плити 
 
Як кондуктори, як правило, застосовуються металеві, азбестоцементні або 
поліпропіленові труби промислового виробництва (Рисунок 4.4). Внутрішній 
діаметр труб повинен бути достатнім для занурення в них ін'єкторів з певним 
зазором (як правило, використовуються труби з внутрішнім діаметром не менше 
110 мм) [7]. 
Ін'єкційні кондуктори можуть бути розміщені по всій плиті або в її 
частині суцільною сіткою з кроком не перевищує 1,2 м (Рисунок 4.4а, 4.4б і 
4.4в). Для формування горизонтальних ін'єкційних тіл під підошвою 
кондуктори розташовуються у вершинах рівностороннього трикутника - 
групами по 3 штуки (Рисунок 4.4г і 4.5а). Відстані між групами призначаються 
залежно від ґрунтових умов будівельного майданчика та навантажень, що 
передаються на основу. 
У найбільш навантажених місцях фундаментної плити, біля несучих стін 
будівлі, а також у районах передбачуваного розвитку деформацій доцільно 
зменшити крок розміщення. Мінімальна відстань від кондукторів до краю стін 
97 
 
диктується геометричними параметрами ін'єкційного обладнання і становить, 
як правило, 150...250 мм. 
 
Рисунок 4.4 – Ін'єкційні кондуктори, встановлені у фундаментних плитах 
висотних будівель 
 
Кондуктори встановлюються в тілі плити в процесі укладання арматури та 
розкріплюються до елементів каркасу. Верхній кінець виводиться на 50...100 мм 
над поверхнею плити всередині будівлі та зовні вище поверхні планування 
(Рисунок 4.5а), при цьому, у разі потреби, можуть використовуватися додаткові 
елементи. Голови кондукторів обладнуються металевими кришками, що 
знімаються, для запобігання потраплянню в них бетону і будівельного сміття 
(Рисунок 4.5б). Нижня частина кондукторів заглиблюється в ґрунт основи під 
бетонкою не менше ніж на 100...150 мм [8]. 
98 
 
 
Рисунок 4.5 – Ін'єкційні кондуктори в тілі фундаментної плити: біля зовнішньої 
(а) та внутрішніх несучих стін (б) 
 
4.3 Техніко-економічний аналіз ефективності запропонованої технології 
 
Для визначення ефективнocті впрoвадження технології підсилення 
грунтової основи будівель методом пакетного високонапірного ін'єкціювання 
неoбхіднo забезпечити пoрівняння даних варіантів. В якocті базoвих варіантів 
для пoрівняльнoгo аналізу прийняті [17]: 
1. закріплення грунту методом цементації [19]; 
2. термічний спосіб закріплення грунту [20]; 
3. пакетне високонапірне ін’єкціювання. 
2
Дані для рoзрахунку coбівартocті на 1 м  загальнoї плoщі для рoзглянутих 
варіантів наведені в таблиці 4.11 [17]. 
 
 
 
 
 
99 
 
2 
Таблиця 4.11 – Таблиця порівняння coбівартocті на 1 м закріплення 
грунтової основи 
Різновиди зелених покрівель 
закріплення термічний 
пакетне 
№ Найменування витрат грунту спосіб 
високонапірне 
методом закріплення 
ін’єкціювання 
цементації грунту 
1 Вартіcть матеріалів, у.o. 46,68 42,37 45,12 
Вартіcть викoриcтання мoнтажнoгo 
механізму з урахуванням зміннoгo 
2 36,72 32,45 30,67 
кoефіцієнта викoриcтання і кoефіцієнта 
вантажoпідйoмнocті, у. o. 
3 Транcпoртні витрати, у. o. 20,04 24,29 16,47 
4 Витрата електрoенергії, у. o. 15,36 23,54 11,21 
5 Вартіcть рoбoти, у. o. 56,89 60,47 49,41 
 ВСЬОГО: 175,69 183,12 152,88 
 
З результатів розрахунку порівняння собівартості слідує, що використання 
пакетного високонапірного ін’єкціювання економічніше на 30,24 у.о., або на 
19,78% ніж термічний спосіб закріплення грунту та на 22,81 у.о., або на 14,92% 
ніж закріплення грунту методом цементації [17]. 
 
Висновки до розділу 4 
1. Проаналізовано метод підсилення фундаментів дрібного закладання, 
пальових та плитних фундаментів пакетним високонапірним ін'єктуванням. 
Підсилення доцільно виконувати поетапно, збільшуючи кількість 
армоелементів на кожному етапі і відповідно змінюючи схему армування: 
переривчасте контурне армування – суцільне – підсилення основи під підошвою 
(під нижніми кінцями паль). Необхідність проведення наступних робіт 
визначається за результатами моніторингу за динамікою розвитку деформацій 
ґрунтової основив процесі та після завершення кожного етапу. 
2. Поетапне підсилення фундаментів дає можливість економії коштів з 
допомогою виконання оптимального обсягу робіт. Важливо, що питома 
ефективність армування на перших етапах підсилення ґрунтової основи 
пакетним високонапірним ін'єктуванням вище, ніж на наступних. Також, 
позитивною стороною поетапного підсилення є відсутність ризику негативних 
100 
 
наслідків надлишкового нагнітання цементно-піщаного розчину та створення 
штучної неоднорідності ґрунтової основи. 
3. Розглянуто алгоритми підсилення фундаментів пакетним 
високонапірним ін'єктуванням рухомого цементно-піщаного розчину. 
Проаналізований спосіб підсилення основи фундаментів дрібного закладення, 
пальових і пальово плитних фундаментів. 
4. Розрахунками визначено, що використання пакетного високонапірного 
ін’єкціювання економічніше на 30,24 у.о., або на 19,78% ніж термічний спосіб 
закріплення грунту та на 22,81 у.о., або на 14,92% ніж закріплення грунту 
методом цементації. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
101 
 
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ 
1. Виконано аналіз твердих тіл встановленої форми на основі складеному 
глинистими ґрунтами пакетним високонапірним ін'єктуванням. Одночасна 
подача цементно-піщаного розчину через кілька ін'єкторів, розміщених уздовж 
прямої лінії на відстані до 20d один від одного (де d – діаметр ін'єктора), 
призводить до формування вертикального ін'єкційного тіла; при нагнітанні 
через 3 ін'єктори, розташованих у вершинах рівностороннього трикутника, в 
ґрунтовому масиві формується горизонтальний диск. 
2. Аналізом досліджень виявлено основні закономірності зміни 
деформаційного стану основи при різних схемах підсилення, що дозволяє 
зробити такі висновки: 
 достовірний прогноз розвитку осаду армованої ґрунтової основи, можливий 
тільки за відомої геометричної форми включень та схеми їх розташування; 
 впровадження армоелементів призводить до помітного зниження 
деформацій грунтового масиву, навіть мінімальне армування позитивно 
впливає на осад фундаментів; 
 збільшення кількості армоелементів веде до зменшення деформацій 
ґрунтової основи, при цьому питома ефективність армування, як правило, 
знижується; 
 контурне армування є ефективним способом підсилення основи 
фундаментів дрібного закладення, пальових і плитних фундаментів. 
3. Проаналізовано метод підсилення фундаментів дрібного закладання, 
пальових та плитних фундаментів пакетним високонапірним ін'єктуванням 
шляхом армування ґрунтової основи твердими ін'єкційними тілами. Роботи 
пропонується виконувати послідовно, збільшуючи кількість армоелементів і 
змінюючи схему армування: від переривчастого контурного армування до 
суцільного і до підсилення основи під підошвою (під нижніми кінцями паль). 
Необхідність виконання чергового етапу визначається за результатами 
моніторингу за динамікою розвитку деформацій ґрунтової основи в процесі 
підсилення. При згасанні деформацій роботи припиняються. 
 
102 
 
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 
1. Tallard, G.R. Chemical grouts for soils. V. 1. Available materials / G.R. 
Tallard, C. Caron. – Washington DC: Federal Highway Administration, 1977. – 233 
p. 
2. Самарін, О.М. Сучасні ін'єкційні матеріали та їх використання для 
покращення властивостей ґрунтів / О.М. Самарін // Геотехніка. - 2012. - № 4.- С. 
4-10. 
3. Малишев, Л.І. Способи зміцнення неоднорідних ґрунтів при 
будівництві будівель та споруд на природній основі / Л.І. Малишев, М.Ф. Хасін 
// Прискорення науково-технічного прогресу у фундаментобудуванні. Зб. наук. 
тр. - М.: Будвидав, 1987. - Т. 1. - С. 243-244. 
4. Yahiro, T. On the Characteristics of High Speed Water Jets and Their 
Utilization in the Induction Grouting Method / T. Yahiro, H. Yoshida // International 
Symposium on Jet Cutting Technology. – Cambridge, 1974. – P. 41-63. 
5. Соколович, В.Є. Хімічне закріплення ґрунтів. / В.Є. Соколович. - 
М.: Будвидав, 1980. - 119 с. 
6. Stoker, M.F. The influence of post grouting on the load bearing capacity 
of bored piles / M.F. Stoker // Proc. 8th European Conf. on Soil Mechanics and 
Foundation Engineering. – Helsinki, 1983. 
7. ДБН В.2.1-10:2018 Основи і фундаменти будівель та споруд. 
Основні положення. 
8. ДСТУ-Н Б В.2.1-28:2013 Настанова щодо проведення земляних 
робіт, улаштування основ та спорудження фундаментів (СНиП 3.02.01-87, 
MOD). 
9. ДСТУ Б В.3.1-2:2016 Ремонт і підсилення несучих і 
огороджувальних будівельних конструкцій та основ будівель і споруд. 
10. ДСТУ-Н Б В.2.1-32:2014 Настанова з проектування котлованів для 
улаштування фундаментів і заглиблених споруд. 
11. Vidal H. The principle of reinforced Earth / H. Vidal // Highway 
Research Record, Highway Research Board, National Council – Washington DC, 
1969. – № 282 – P. 1-16. 
103 
 
12. Науково-технічна діяльність "Українського товариства механіки 
ґрунтів, геотехніки і фундаментобудування" у взаємодії з діяльністю 
міжнародних науково-технічних об’єднань / П. І. Кривошеєв, М. В. Корнієнко, 
П. М. Козелецький, В. М. Сенаторов // Світ геотехніки. - 2017. - № 1. - С. 22-26. 
13. Нуждін, М.Л. Експериментальні дослідження посилення ґрунтового 
основи пальових фундаментів армуванням жорсткими включеннями // 
Будівництво та архітектура. - 2019. - Т. 10, № 3. - С. 5-15. 
14. ДБН А.3.1-5:2016 Організація будівельного виробництва. 
15. ДБН Б.2.2-12:2019 Планування та забудова територій. 
16. ДСТУ Б В.2.6-75:2008. Конструкції будинків і споруд (29591) 
17. Нуждін, М.Л. Зниження коливань пальових фундаментів під 
машини з динамічними навантаженнями методом високонапірного групового 
ін'єкції / М.Л. Нуждін, Л.В. Нуждін // Construction and Geotechnics. - 2020. - 
Т.11, № 1. - С. 41-52. 
18. Механіка ґрунтів. Основи та фундаменти: Підручник / В.Б. Швець, 
І.П. Бойко, Ю.Л. Винников, М.Л. Зоценко, О.О. Петраков, О.В. Солодянкін, В.Г. 
Шаповал, О.М. Шашенко, С.В. Біда. – Дніпропетровськ: «Пороги», 2014. – 231 
с. 
19. https://pp-budpostach.com.ua/a212234-metodi-zakriplennya-gruntu.html 
20. http://omastere.com.ua/price/zakreplenie_gruntov/
Репозиторій ЧДТУ
