Обґрунтування методу підсилення існуючих фундаментів при реконструкції будівель та споруд ін'єкційною технологією

Кравець, Антон Юрійович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6081

Title:	Обґрунтування методу підсилення існуючих фундаментів при реконструкції будівель та споруд ін'єкційною технологією
Authors:	Юрко, Олексій Акакієвич Кравець, Антон Юрійович
Keywords:	Підсилення фундаментів;ін'єкційна технологія;реконструкція будівель;несуча здатність фундаментів;інженерно- геологічні умови
Issue Date:	Dec-2023
Abstract:	Наявність великої кількості старих будівель обумовлює необхідність постійного моніторингу несучих здібностей основних конструктивних елементів цих будівель і їх основ. Як показує практика, вельми часто виникає необхідність підсилення фундаментів досліджуваних будівель. Одним з найбільш затребуваних способів при посиленні або зведенні при реконструкції будівель та споруд або нових фундаментів, особливо, в умовах щільної міської забудови, є спосіб підсилення ін'єкційною технологією. Влаштування виключає вплив динамічних навантажень на основи, що є необхідною умовою при посиленні фундаментів, а також при влаштуванні фундаментів в умовах щільної міської забудови. Малі габарити обладнання при влаштуванні невеликих діаметрів дозволяють використовувати дану технологію в умовах низьких підвалів, діючого виробництва і т.п. Тому вдосконалення способу влаштування, спрямоване на поліпшення експлуатаційних показників, є актуальним завданням сучасних досліджень. Незважаючи на високу ефективність підсилення ін'єкційною технологією, існує проблема - низькі експлуатаційно-технологічні показники буроін'єкційних паль малого діаметру.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6081
Appears in Collections:	192 Будівництво та цивільна інженерія (Промислове і цивільне будівництво)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Магістерська робота Кравець А.Ю. МГБ-204.pdf Restricted Access		3.37 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

Обгрунтування методу підсилення існуючих фундаментів при реконструкції
будівель та споруд ін`єкційною технологією
Зміст

Вступ………………………………………………………………. 5
Розділ 1 Сучасні методи підсилення існуючих фундаментів при
реконструкції будівель та
споруд…………………..………………………………………….. 7
1.1 Світовий сучасний досвід підсилення існуючих фундаментів
при реконструкції будівель та
споруд………………..……………………………………………. 11
1.2 Класифікація технологій підсилення існуючих фундаментів
при реконструкції будівель та споруд…..…………………........ 19
1.3 Особливості виконання робіт при підсиленні існуючих
фундаментів при реконструкції
будівель…………………………………………………………….. 25
Висновки по розділу 1…………………………………………… 36
Розділ 2 Дослідження технології підсилення існуючих фундаментів
при реконструкції будівель та споруд ін`єкційною
технологією ………………………………………………………. 31
2.1 Дослідження технологій підсилення існуючих фундаментів
при реконструкції будівель та споруд …………….…………… 32
2.2 Аналіз ефективності існуючих методик визначення

технологічних параметрів технології ін`єкцтування методом

струменевої цементації ……………………………………….….. 56

2.3 Основні технологічні параметри та характеристики
68
ґрунтоцементного матеріалу………………………………

Висновки по розділу 2…………………………………………… 72
3

Розділ 3 Технологічні рішення при виконанні підсилення існуючих
фундаментів при реконструкціїї будівель та споруд
ін`єкційною технологією ……………………………………….. 58
3.1 Вплив процесу струменевої цементації на фізико-механічні
характеристики навколишнього масиву………………………… 58
3.2 Технологічні рішення підсилення фундаментів будівель при
реконструкції в історичному центрі м. Київ……………………. 92
3.3 Вказівки з порядку виконання робіт при виконанні підсилення
фундаментів ін`єкційною технологією ………………………….. 90

Висновки по розділу 3…………………………………………. 100
Розділ 4 Економічна ефективність при виконанні підсилення
існуючих фундаментів при реконструкціїї будівель та
споруд ін`єкційною технологією………………………………. 101
4.1 Техніко-економічне порівняння технологій підсилення
фундаментів ………………………………………………………. 101
4.2 Розрахунок та техніко-економічне порівняння технологій
влаштування підсилення існучюсих фундаментів при
реконструкції будівель та споруд………………………………. 104

Висновки по розділу 4………..………………………………... 109
Загальні висновки……………………………………………. 110
Список використаної літератури……………………………... 114

4

Вступ
Актуальність роботи. Наявність великої кількості старих будівель
обумовлює необхідність постійного моніторингу несучих здібностей основних
конструктивних елементів цих будівель і їх основ. Як показує практика, вельми
часто виникає необхідність підсилення фундаментів досліджуваних будівель.
Одним з найбільш затребуваних способів при посиленні або зведенні при
реконструкції будівель та споруд або нових фундаментів, особливо, в умовах
щільної міської забудови, є спосіб підсилення ін'єкційною технологією.
Влаштування виключає вплив динамічних навантажень на основи, що є
необхідною умовою при посиленні фундаментів, а також при влаштуванні
фундаментів в умовах щільної міської забудови [1, 2, 3].
Малі габарити обладнання при влаштуванні невеликих діаметрів
дозволяють використовувати дану технологію в умовах низьких підвалів,
діючого виробництва і т.п.
Тому вдосконалення способу влаштування, спрямоване на поліпшення
експлуатаційних показників, є актуальним завданням сучасних досліджень.
Незважаючи на високу ефективність підсилення ін'єкційною технологією,
існує проблема - низькі експлуатаційно-технологічні показники буроін'єкційних
паль малого діаметру.

Мета і завдання досліджень. Метою роботи є обгрунтування методу підсилення
існуючих фундаментів при реконструкції будівель та споруд ін`єкційною
технологією за допомогою використання Jet-паль.
Для досягнення поставленої мети в роботі необхідно вирішити наступні
завдання:
- Виконати аналіз відомих технологій підсилення фундаментів,
влаштування буроін'єкційних паль і досвіду застосування використання Jet-
паль.
5

- Провести дослідження впливу додаткового армування фіброю на
експлуатаційно-технологічні показники при влаштуванні буроін'єкційних паль
малого діаметру з використанням теорії експериментально-статистичного
моделювання.
- Скласти рекомендації по влаштуванню паль малого діаметру при
посиленні фундаментів.
Об'єктом досліджень є технологія підсилення фундаментів при ремонті,
реконструкції та модернізації будівель і споруд, а також при їх будівництві.
Предметом досліджень є технологія влаштування буроін'єкційних паль
малого діаметру при посиленні фундаментів.
Методи досліджень. При роботі з літературними джерелами, пошуку та
обгрунтуванні вибору предмета досліджень і підведенні підсумків по кожному
розділу використаний метод узагальнення та аналізу. При виконанні
експериментальної частини роботи застосовувалися методи теорії планування
скороченого експерименту. При обробці результатів експериментів
застосовувався метод експериментально-статистичного моделювання та
оптимізації досліджуваних показників.
Наукова новизна:
- нна підставі математичного моделювання та експериментально визначено
закономірності формування в ґрунтових масивах зон з поліпшеними фізико-
механічними параметрами в міжколонному просторі, що дозволяє зменшити на
15 % кількість ґрунтоцементних елементів при підсиленні ґрунтової основи
існуючих
Практичне значення отриманих результатів.
На основі отриманих графіків залежності енергії цементного високонапірного
струменя від діаметру ґрунтоцементного елемента та отриманих
експоненціальних залежностей розроблено методику визначення діаметру в
залежності від технологічних параметрів. Практичне значення отриманих
залежностей перевірено на прикладі виконаних будівельних об’єктів. На основі
6

дослідженних виконаних розрахунків та порівняльного аналізу дослідних
параметрів ґрунтоцементних колон були введені коригуючі коефіцієнти для
різних ґрунтових умов.
Розділ 1. Сучасні методи підсилення існуючих фундаментів при
реконструкції будівель та споруд

1.1 Світовий сучасний досвід підсилення існуючих фундаментів при
реконструкції будівель та споруд

Вибір технології підсилення фундаментів залежить від стану будівлі,
грунтів лежать в основі, передбачуваних робіт з реконструкції та ін.
Реконструкція будівлі може бути пов'язана зі збільшенням навантажень на
існуючі фундаменти: за рахунок надбудов, заміни дерев'яних перекриттів
залізобетонними, зміни технології та ін.
Основоположними при виборі технології підсилення є фактори, які
пов'язані з конструктивними особливостями будівлі, станом грунту в основі і
оснащеністю обладнанням і матеріалами організацій, що здійснюють роботи.
Існуючі обладнання та механізми дозволяють виконувати роботи з підсилення
фундаментів, зазвичай, технологічно, швидко, надійно, з мінімальним
використанням ручних операцій [1, 2, 3].
При складних випадках реконструкції, як правило, використовують кілька
технологічних прийомів. Так, наприклад, традиційна часткова перекладка або
уширення підошви фундаментів може виконуватися в комплексі з ін'єкційними
технологіями.
У літературі розглядаються, як правило, традиційні способи посилення
фундаментів.
В останні роки особливо інтенсивно розвиваються нові технології, у ФРН,
Англії, Франції, Італії, Швеції, Фінляндії. Причому, провідні фірми, як правило,
спеціалізуються не тільки на виконанні робіт з підсилення фундаментів, але і
створенні нових технологій, розробці обладнання [1-4].
7

Приклад підсилення фундаментів при
реконструкції будівлі в історичному центрі
м. Київ. Для рішення завдання було
виконано 20 буроін'єкційних паль
підсилення й 24 палі діаметром 180мм
огороджуючої конструкції, після чого всі
вони були об'єднані загальним
залізобетонним ростверком зі старим
цегляним фундаментом колони/
Підсумком роботи з'явилася
можливість зниження рівня підлоги першого
поверху на 3м для створення дворівневих
апартаментів (рис. 1.8). При проведенні робіт
по підсиленню фундаментів будинок
продовжував експлуатуватися у звичайному

режимі, мешканці не відселялися, осадки Рис. 1.1. Схема підсилення
колони не перевищили 5мм. фундаменту під колону та
Подібні роботи були виконані і при влаштування підземного
реконструкції з влаштуванням підземного поверху
поверху по вул. Гарматна 4 в Києві. В 1 – приміщення, що будуються
даному випадку буроін'єкційні палі 2 – несучі та огоджуючі
підводилися під існуючи фундаменти по конструкції
контуру будівлі, з наступною розробкою
грунту та влаштуванням стін, перекриття та
підлоги новозведеного підземного поверху.

За інформацією розміщеною на сайті фірми ООО «Буд-майстер» [1], цією
фірмою в 2011 р. влаштовано цокольний поверх по просп. Харківський, 6 в
Києві.
8

Роботи проводилися без підсилення фундаментів будівлі, за технологією
посекційної розкопки та бетонування захватками нових стін та фундаментів, так
званим «саперним» способом. Площі, що з'явилися, були подаровані як бонус
мешканцям першого поверху. Таким чином, поверхи першого поверху стали
двох'ярусними.
Згідно матеріалів розміщених на сайті української фірми
«Спецстроймонтаж» [5] під державним архівом м. Києва по вул. О. Теліги буд.
23, виконане влаштування підземного поверху з монолітного залізобетону.
Технологія спорудження включала в себе попереднє проведення цементації
фундаментів та влаштування буро'інъекційних паль, з наступною розробкою
грунту та влаштуванням стін, перекриття та підлоги нового підземного поверху.
За інформацією розміщеною на сайті фірми «Олімпія-Білд» [4], ця фірма
виконала роботи по заглибленню підвалу при реконструкції пам'ятника
архітектури України та м. Києва - госпіталь (клініка) ім. Качковського-
Маковського, що розташований за адресою: Олеся Гончара, буд. 33. В даному
випадку підсилення існуючих фундаментів будівлі відбувалося за технологією
струменевої цементації (jet grouting) (рис. 1.2). Після перенесення навантаження
від будівлі на палі (рис. 1.3) виконувалися роботи по розробці грунту,
влаштування стін, перекриття та підлоги нового підземного поверху (рис 1.4).
9

Рис. 1.2. Палі, що виконано за технологією струменевої цементації (jet
grouting)
1 – існуючий фундамент; 2 - палі, що виконано за технологією струменевої
цементації; 3 – нівелірна рейка

Рис. 1.3. Перенесення навантаження від будівлі на палі
1 – існуюча стіна; 2 – існуючий фундамент; 3 – палі, що виконано за технологією
струменевої цементації; 4 - арматурна сітка.

10

Рис. 1.4. Влаштування стін нового підземного поверху
1 – існуюча стіна; 2 – опалубка; 3 – з.б. стіна підземного поверху.
При реконструкції будівлі під підземні поверхи під існуючими будівлями
використовуючи перспективну в'яжучу суспензію "мікродур". Мікродур - це
особливо тонкодисперсне мінеральне в’яжуче (ОТМВ) з гарантовано плавною
зміною гранулометричного складу. ОТМВ Мікродур виробляється за допомогою
повітряної сепарації пилу при мелені мінеральних компонентів. ОТМВ Мікродур
у своїй основі є гідравлічним мінеральним в'язким. У порівнянні з
найпоширенішим мінеральним в'язкої - цементом, ОТМВ Мікродур має ряд
особливостей: висока проникність суспензії ОТМВ Мікродур у ґрунти й пористі
матеріали; швидке затвердіння (70% марочної міцності через 2 доби); висока
водоутримуюча здатність при В/Ц <= 6,0; збереження заданої в'язкості суспензії
до 120 хв.
Використовуючи дану суспензію було виконане зниження відмітки підлоги
підвалу й збільшення висоти підвального приміщення на 3,2 м у 5-поверхового,
цегельного будинку по вул. Пархоменка, м. Київ. Для досягнення результату
було проведено ін'єктування дрібних пісків, що залягали в основі фундаментів,
стін і колон підвалу суспензією ОТМВ Мікродур і створення міцних
11

ґрунтобетонних масивів (МПа > 20 Мпа) висотою більше 4, 0 м, що виконують
функцію опор для стін і колон підвалу.
Більшість з цих об’єктів споруджено за технологією попереднього
підсилення фундаментів існуючої будівлі палями, що влаштовуються методом
статичного занурювання, які в подальшому сприймають навантаження від ваги
будівлі. Палі при цьому можуть бути трубобетонні, набивні, або составні з
пустотілих залізобетонних оболонок. Останні застосовують при великих
навантаженнях. Один елемент такої палі (рис. 1.5) витримує навантаження на
стиск до 1600 кН.
Для забезпечення якісного контакту фундамент - паля застосовується
спеціальний пристрій для попереднього напруження паль (рис. 1.6).
Будівництво підземних поверхів під існуючими будівлями має ряд
особливостей відносно нового будівництва. При зведені заглиблених споруд та
реконструкції будівель в умовах щільної міської забудови будівельники
зустрічаються з рядом проблем, що відсутні (або не так яскраво виражені) при
новому будівництві. Серед них:
- необхідність підсилення існуючих фундаментів, або перенесення
навантажень від ваги будівлі на нові фундаменти;
- необхідності збереження просторової стійкості будівлі на час проведення
робіт;
- влаштування якісного огородження котлованів неподалік від прилеглих
будівель, з використанням технологій, що дозволяють знизити до мінімуму
осадки прилеглих будівель;
- проведення робіт в умовах обмеженого простору всередині габаритів
будівлі, що реконструюється, та в умовах щільної міської забудови ззовні
будівлі.
Підсилення існуючих фундаментів виконується з метою перенесення
навантаження від будівлі на час реконструкції на якісні, надійні фундаменти, та
для збереження просторової стійкості конструкції будівлі. З цією ж метою перед
12

початком будівництва проводять протиаварійні роботи. Якщо фундаменти
мають дефекти чи ушкодження, та (або) в основі фундаментів залягають грунти з
низькими механічними характеристиками та грунти, що мають високу
просадність, то без підсилення існуючих фундаментів є дужа висока вірогідність
нерівномірних осадок, механічного руйнування та порушення просторової
цілісності існуючої будівлі при проведені робіт нижче відмітки підошви
існуючого фундаменту. Підсилення виконується за допомогою ряду технологій.
Серед них:
• цементація, силікатизація, чи іншими методами зміцнення грунтового
масиву в основі існуючих фундаментів;
• використання гідроструменевої технології («jet grouting»);
• підсилення існуючих фундаментів палями:
- буроін'єкційними;
- набивними;
- палями, що влаштовуються методом статичного занурення;
При використанні цих технологій, після підсилення існуючих фундаментів
можливе проведення робіт по розробці грунту та бетонуванню стін
безпосередньо під підошвою існуючого фундаменту.
Якщо технічний стан фундаментів та грунтові умови основи дозволяють,
то влаштування підземних поверхів під існуючими будівлями можна проводити
без підсилення існуючих фундаментів. В цьому випадку роботи проводяться за
технологією посекційної розкопки та бетонування захватками стін підземного
поверху, так званим «саперним» способом.
Необхідність підсилення існуючих фундаментів зникає, якщо
навантаження від ваги будівлі передається на нові фундаменти. Ці фундаменти
можуть споруджуватися як всередині контуру існуючої будівлі, так і ззовні.
Передача навантаження від будівлі на новостворені фундаменти відбувається
через систему ростверків, балок, ферм, тощо… При спорудженні нових
13

фундаментів використовують технології, що мають мінімальний вплив на стан
оточуючого грунтового масиву. Серед них:
- влаштування нового підземного контуру за технологією опускного
колодязя;
- влаштування нового підземного контуру способом "стіна в грунті";
- перенесення навантаження на пальові фундаменти, що розміщуються
неподалік існуючого контуру будівлі.
В умовах щільної міської забудови при спорудженні підземних поверхів
під існуючими будівлями в зв'язку з порушенням напружено-деформованого
стану спільного грунтового масиву, виникає необхідність захисту прилеглих
будівель від нерівномірних осідань. Досягається це влаштуванням якісного
огородження котлованів неподалік від прилеглих будівель, з використанням
технологій, що дозволяють знизити до мінімуму осадки прилеглих будівель. Такі
огороджуючи конструкції споруджуються за допомогою шпунтових стінок, чи
стінок з паль, що влаштовуються методом статичного занурення. Це пояснюється
мінімальним негативним ефектом робіт, проведених за цією технологією для
прилеглих будівель. Також огороджуючи конструкції можуть споруджуватися
методом "стіна в грунті", або стінкою з буроін'єкційних паль, з використанням
обсадних труб.

В зв'язку з обмеженням простору на ділянках проведення робіт та
проведенню робіт на вищих горизонтах підвищуються вимоги з техніки безпеки.
Крім того ускладнюються роботи транспортуванню обладнання, складування
матеріалів, загально будівельні роботи.
За контуром споруди, в умовах щільної міської забудови стає неможливим
використанні стандартного крупногабаритного обладнання, є необхідність
застосування компактного, нестандартного обладнання (рис. 1.8).
14

Установка для Установка для Маслостанція
статичного статичного
занурювання паль занурювання паль
"Едельвейс - 1" "Датура - 4"
Рис. 1.7. Обладнання для статичного занурювання паль, що використовує
ассоціація "Реконфісс"

Обладнання фірми «Геотехніка» для
Устаткування фірми «Основа –
проведення робіт з використанням
Солсіф» для проведення робіт з
гідроструменевої технології.
використанням гідроструменевої
технології.

Рис. 1.8. Обладнання для проведення робіт в умовах щільної міської
забудов
15

1.2 Класифікація технологій підсилення існуючих фундаментів при
реконструкції будівель та споруд
Рекомендації з підсилення фундаментів з'явилися дуже давно. Наприклад,
вони містяться в положеннях Рошефора (1889) [2]. Причому, технології
підсилення були прості за рішенням, як і самі фундаменти. Так, до середини XX
ст. змінювалися лише окремі прийоми, використовувалися нові будівельні
матеріали (метал, бетон, залізобетон) [1-7].
Нижче наведено аналіз відомих основних конструктивно-технологічних
рішень з підсилення фундаментів.
Збільшення підошви фундаменту. Всі традиційні технології підсилення
основи і фундаментів зводилися, в основному, до збільшення площі опертя
існуючих фундаментів і, відповідно, зменшенню інтенсивності тиску на грунти
основи. Паралельно розроблялися технологічні прийоми, пов'язані зі штучним
поліпшенням властивостей грунтів в основі шляхом введення різних хімічних
реагентів.
Збільшення площі підошви фундаментів досягалося переважно за рахунок
створення залізобетонних обойм або банкетів (одно- і двосторонніх). Для
уширения фундаментів застосовували прикладки, які виконували в перев'язку з
існуючою кладкою, рис.1.1. А.Обпирання прокладок здійснювалося на різному
рівні.
а) б) в) г)
Рис.1.9 – Традиційні технології посилення фундаментів за допомогою
и
збілсьшення підошви фундамента:
. а) – Прикладкою в перев’язку ; б) ,г) – бетонними обоймами ;
1
.
1
.
16
Т
в) – залізобетонними обоймами.
Уширення підошви фундаменту без попередньої обпресування
малоефективні. Розширюється частина підошви фундаменту вступає в роботу
лише при збільшенні навантаження, тобто коли з'являються додаткові опади. У
цьому випадку розширена частина починає взаємодіяти з грунтом. Навантаження
від будівлі передається через існуючий фундамент і на нову його частину основи.
Це наочно видно на рис. 1.2. На жаль, додаткові опади можуть виявитися
граничними для старого будівлі, яка потребує посилення [7,8].
Основні етапи технології по збільшенню підошви фундаментів зводяться до
наступного.

Рис 1.10 – Схема поширення підошви фундаменту:
1 – існуючий фундамент; 4,5 - Епюри
2 – конструкція поширення;3- арматура
Підсилюваний фундамент розбивають на окремі захватки (ділянки) довжиною
1,5 - 2,0 м. На цих ділянках відривають вручну траншеї шириною 1,2 - 2,0 м до
підошви. Після цього в тіло фундаменту забивають металеві штирі (або
встановлюють в заздалегідь пробиті отвори) через 50 см у шаховому порядку.
17

Потім встановлюють опалубку і бетонують розширену частину або влаштовують
розгирення одним з відомих способів, рис.1.1.
У разі якщо прийнятий варіант бетонування, то після розробки траншеї
бетонують примикають до граней фундаменту банкети без вмонолічування їх з
кладкою існуючих фундаментів. У пробиті прорізи встановлюють сталеві балки,
які є упорами для гідравлічних домкратів. Ці домкрати обжимають грунти в
основі і влаштовують розширення. Після обпресування домкрати витягують і
бетонують банкет [9].
Розглянуті технологічні прийоми посилення складні й дорого коштують, а
головне, виконуються переважно вручну. Крім того, в місцях, де горизонт
підземних вод досить високий, вартість робіт різко зростає у зв'язку з
необхідністю проведення заходів з водопониження або заморожуванню основи.
Ці заходи повинні вестися з такою умовою, щоб виключити порушення
природного складання грунтів в основі фундаментів будівлі, що
реконструюється. В іншому випадку ці роботи можуть погіршити стан будівлі в
цілому.
Збільшення опорної площі фундаменту може бути досягнуто не тільки
шляхом поширення підошви, але і шляхом переоперання фундаментів на
додаткову плиту.
У цьому випадку на рівні підвалу встановлюють залізобетонну плиту 2
(рис.1.113), закріплюючи її в тілі фундаменту. Щоб плита надійно включалася в
роботу, під неї ін'єктують цементний розчин для обпресування верхніх шарів
грунту [8-11].
Якщо несучої здатності такої плити недостатньо, в ній можна залишити
отвори, потім в ці отвори вдавлюють стикувати багатосекційні палі (п.8,
ріс.1.3.б).
18

а) б) 6

Рис.1.11 – Збільшення опорної площадки за допомогою монолітної
залізобетонної плити:
а) з пресуванням грунту; б) з підведенням багатосекційних паль
продавлювання;
1 – існуючий фундамент; 2 – залізобетонна плита; 3 – труба для ін’єкцій
розширюючогося цементного розчину;4 – цементний розчин між плитою
та грунтом ; 5 – Згнивші дерев’яні палі ;6 – домкрат ; 7 – опорне
коромисло; 8 - палі.

У ряді випадків опорну площу фундаментів можна збільшити за рахунок
збірних плит, які влаштовуються в підвалах будівлі. При цьому навантаження на
плити передаються через натискні рамні конструкції, що впираються в монолітне
перекриття, рис. 1.4.

а) б) в)

Рис. 1.12. Вдосконалені методи підсилення фундаментів на
основі традиційних:

а) - влаштування збірних або монолітних рам в підвалі;
б), в) - виносні консолі і плити.
19

Недоліком даної технології є велика кількість робіт в обмежених умовах
підвалів. До того ж, як правило, кладка над обрізом фундаменту буває
розструктурена через постійне зволоження, пов'язаного з капілярного ефекту. У
цьому випадку заходи щодо збільшення опорної площі фундаменту повинні
проводитися в комплексі з посиленням опорної частини кладки стіни.

Посилення фундаменту з використанням паль вдавлення.
У разі прийняття рішення про необхідність посилення фундаментів шляхом
влаштування додаткових паль часто буває необхідно виключити динамічні дії. У
цьому випадку практикують занурення паль вдавленням. Враховуючи скрутність
існуючих приміщень, часто використовують багатосекційні палі. Уфимським
промстроєм розроблені нормативні документи, що регламентують технологічні
особливості використання таких паль [2].
Технологічні особливості при вдавленням багатосекційних паль у вигляді
виносних опор наведені на рис. 1.13

а) б)

Рис. 1.13. Підсилення фундаментів з використанням паль:
а) - багатосекційні палі вдавлення з двостороннім балкою-
упором; б) - вдавлювання паль під стіну або підошву
фундаменту.

При використанні паль вдавлення необхідні надійні упори. Особливістю
таких паль є те, що несучу здатність палі можна регулювати в процесі
вдавлювання багатосекційних елементів. Змінюючи кількість цих елементів, ми
будемо змінювати довжину палі, а, отже, і величину тертя по боковій поверхні і
20

несучу здатність палі в цілому. Такі палі можуть бути виготовлені із залізобетону
у вигляді секцій зі спеціальними стиками, що дозволяють швидко виконувати
з'єднання. Можна використовувати металеві труби, однак, при цьому слід
враховувати можливість їх корозії. У Петербурзі ця проблема вирішувалася з
використанням двох конструктивно-технологічних рішень: за допомогою
установки арматурного каркаса і армування всього обсягу труби і за допомогою
використання готових трубобетонних елементів [12].
У Фінляндії, Швеції, Угорщини набули поширення багатосекційні палі
типу "Мега". Вони були широко використані для підсилення фундаментів в
Хельсінкі, Стокгольмі, Будапешті. У ряді випадків палі підводили безпосередньо
під фундамент. Такі палі можуть бути круглого і квадратного перетину з масою
одного елемента - до 100 кг. Палі виготовляли із залізобетонних трубчастих
елементів довжиною до 100 см, що дозволяло легко переміщати їх перекочування
по майданчику [2, 12].
Послідовність робіт по вдавлюванню паль така, ріс.1.5.б. Нижній перший
елемент із загостреним наконечником (в слабких грунтах без загострення)
занурюється домкратом. Як упор служить розподільна залізобетонна балка.
Нарощування збірних стикувати елементів виробляють до тих пір, поки вістря не
досягне щільних грунтів, що забезпечить необхідну несучу здатність системи в
цілому. На закінчення встановлюють головний елемент, площа поперечного
перерізу якого багато більше площі поперечного перерізу палі. Після занурення
палі до проектної позначки, під навантаженням, що перевищує розрахункову в
1,5 - 1,8 рази, її фіксують спеціальними стійками. Стійки встановлюють між
розподільної балкою і оголовком палі, а отриманий отвір заповнюють бетоном
[2, 8, 13].
Фірми "Похьявахвістус" і "Вести" у Фінляндії та Швеції застосовували
вдавлюються палі з кільцевих залізобетонних елементів. Стиковку здійснювали
за допомогою спеціального розтруба; внутрішню порожнину палі після
занурення бетонували [9, 13, 14].
21

Недоліки технологічних прийомів підсилення фундаментів вдавлюють
палями наступні. Насамперед, це, як правило, великий обсяг земляних і бетонних
робіт. При цьому розтин перевантаженого фундаменту до його підошви
небезпечно, а в умовах слабких грунтів при високому рівні підземних вод часто
нездійсненно. Вдавлювання паль може призвести до розструктурування слабкого
глинистого грунту. Крім того, до кінця не відомо вплив створюються статичних
навантажень на перебувають поруч фундаменти.
Палі, що влаштовуються за допомогою пневмопробійників. Останнім
часом при влаштуванні паль для підсилення фундаментів все більше
застосовують реверсивні пневмопробійники. Одними з перших Красноярським
Промбуд НДІпроект спільно з ИГД СО РАН була запропонована технологія
посилення основ в обмежених умовах за допомогою металевих паль-труб, що
занурюються в грунт за допомогою пневмопробійника. Конструкція
пневмопробійника досить проста. У його корпусі знаходиться ударний механізм,
ударник якого приводиться в дію стисненим повітрям від компресора. Під дією
цього механізму циліндричне тіло пробійника переміщається в грунті. Таким
чином, вівся прокол дорожніх насипів при укладанні водних або газових
комунікацій. Ударний механізм забезпечений реверсивним пристроєм. Після
досягнення Пневмопробійники необхідної глибини проходки схема подачі
стисненого повітря змінюється, і снаряд витягується з свердловини [2, 13].
Розроблена Одеським підприємством «Новатек» технологія виготовлення
набивних паль за допомогою пневмопробійника полягає в наступному. Спочатку
Пневмопробійники до проектної відмітки проходиться свердловина (рис.1.6.а),
яка потім заповнюється напівсухий бетонною сумішшю, рис.1.6.б.

22

а) б) в) г) д)

Рис. 1.14 - Технологія формувань набивних паль Пневмопробійники:
1 - Пневмопробійник; 2 – полусухая бетонная смесь; 3 – литая бетонная смесь;
4 – уплотненный слой.

Вдруге той же пневмопробійник опускається в свердловину, заповнену
бетонною сумішшю до проектної відмітки (рис.1.6.в), вдавлюючи в стінки
свердловини бетонну суміш. Процес заповнення напівсухий бетонною сумішшю
і подальшої проходки пневмопробійника, при необхідності може повторитися,
рис.1.6.г. І тільки потім утворену порожнину заповнюють литим бетоном,
рис.1.6.д. При необхідності, в литий бетон занурюється арматура. Інші технології
використання пневмопробійника для формування паль мало чим відрізняються
від описаної вище.
Основними недоліками підсилення фундаментів за допомогою такого
методу є:
- Нездійсненність ремонту пневмопробійника в процесі роботи, так як
доступ до машини, що знаходиться в свердловині, виключений;
- Негативний вплив динамічних навантажень при виробництві робіт згубно
вплинуть на існуючі фундаменти поруч розташованих будинків.
23

Струменева технологія. Аналізуючи матеріали міжнародних конференцій,
симпозіумів, а також вітчизняних публікацій і розробок, можна відзначити в
якості перспективного напрямку підсилення фундаментів метод "jet grouting" -
високонапірних ін'єкцій твердіючого розчину в грунт. Цей метод, відомий також
під
назвою

Рис. 1.15 - Схема влаштування стінки з паль з використанням
струменевої технології (jet grouting):
1 - бурова свердловина до щільних грунтів; 2 - ін'єктор; 3 -
формована паля; 4 - компресор; 5 - насос для подачі води; 6 -
ємності цементу і піску; 7 - розчинонасос.
"струменева технологія", розроблений у середині 70-х рр. в Японії і широко
використовується у ФРН, Росії, України, Італії, Франції [2].

24

Технологічна послідовність робіт по такому методу полягає в наступному
(рис. 1.15.): Виробляють буріння свердловини, 1; в свердловину занурюють
ін'єктор-монітор, 2 зі спеціальним каліброваним отвором - соплом; подають під
великим тиском (до 100 МПа) ін'єкційний розчин; здійснюють підйом ін'єктора з
одночасним його обертанням; формують палю потрібного діаметру або стінку з
паль, 3 [2, 6].
Важливим фактором зміцнення масиву грунту або підсилення фундаментів
з використанням струменевої технології є необхідність підтримання високих
тисків (до 80 - 100 МПа). Це висуває певні вимоги до використовуваного
устаткування, підходящим трубопроводам та ін. [2, 7, 10, 15].
Основні переваги струменевого технології в умовах слабких грунтів:
можливість ведення робіт в будь-яких несприятливих грунтах основа-ний і в
обмежених умовах будівництва.
Однак струменевий технологія має і ряд недоліків, основними з яких є:
- Небезпека локальних деформацій у процесі тимчасового розмиву
ґрунтового масиву під фундаментом до набуття міцності;
- Висока вартість і матеріаломісткість;
- Підвищена небезпека при роботі з високим тиском;
- Необхідність використання спеціального обладнання для створення і
передачі тиску в межах 100 МПа.
Буроін'єкційні палі. В останні роки в практиці посилення все ширше
використовують буроін'єкційні палі (БІП), як вертикальні, так і похилі. БІП або,
як їх часто називають, «коренеподібні палі» останньою назвою зобов'язані формі
тіла, яке вони утворюють в грунті, а також формі пальових стовбурів, що мають
по довжині численні місцеві розширення, одержувані при нагнітанні розчину в
свердловину під тиском [2-6, 15-19].
Варіанти посилення буроін'єкційними палями існуючих фундаментів
численні і багатогранні, гнучкість рішень при виборі підсилень дозволяє
25

інженеру-проектувальнику вибрати саме той варіант, який необхідний для даного
виду ґрунтових умов і стану посилення фундаменту, рис. 1.8. [20].
а) б) в) г)
1
2 5
1 1
1

3 3

3
4

3
3
Рис. 1.16 - Варіанти посилення існуючих фундаментів:
а) безростверковий; б) ростверкових; в) підбиття нового фундаменту; г)
розвиток площі фундаменту;
1 - стіна будівлі; 2 - підводиться фундамент; 3 - буроін'єкційні палі;
Пісдусщилееснтнвуя юфщуинед асмваеин;т і5в –з раа сдпорпеодмеолгиотюел ьБнІПые нпалйибтіыль. ш доцільно виконувати,
якщо г рунти основи будівлі, що реконструюється мають низьку несучу здатність.
У цьому випадку частина або все навантаження від фундаменту передають на
більш міцні нижче розташовані шари грунту.
Для цього влаштовують під будинком БІП - свого роду «коріння» в грунті [2-6].
Спосіб влаштування БІП володіє цілим рядом переваг, а в деяких
випадках незамінний. За допомогою БІП можна проводити посилення
фундаментів, що не розробляючи котловани і не порушуючи природної
структури грунтів основи.
Застосовуване для їх монтування обладнання не створює динамічних
впливів і, крім того, воно малогабаритне. Тому може бути встановлено в
невеликих приміщеннях усередині житлового або виробничого будівель [20-22].

26

1.3 Особливості виконання робіт при підсиленні існуючих фундаментів при
реконструкції будівель
Ефективність застосування буроін'єкційних паль (БІП) є у області
застосування. БІП застосовується не тільки при посиленні фундаментів, але і в
новому будівництві, при влаштуванні підземних споруд методом «Стіна в ґрунті»
[2-7, 21].

Рис.1.9. Технологічна схема виготовлення буроін'єкційних паль:
I - буріння свердловин шарошечним долотом; II - установка

армокаркаса;
III - установка ін'єкційної труби і заповнення свердловини розчином;
IV - установка тампона і опресовування свердловини з вибою;

V - опресовування свердловини з гирла;
1 - буровий стави; 2 - армокаркас; 3 - ін'єкційна трубка; 4 -
підсилюваний фундамент; 5 - гирлової лоток; 6 - тампон з сальником; 7

- розширена частина палі; 8 - готова паля.

а) б) в)

Б Рис. 1.10. Схеми застосування БІП:
уро а) - для посилення фундаменту будівлі; б) - для закріплення підпірної
стіни; в) - для посилення мостової опори.
27

ін'єкційні палі є різновидом набивних паль і відрізняються невеликим діаметром
(80-350 мм), великим відносним заглибленням (відношення довжини до діаметра
80-120), матеріалом ствола (дрібнозернистий бетон), способом виготовлення
(ін'єкція бетонної суміші в свердловину) [3, 11 , 23].
Технологічний цикл по влаштуванню БІП складається з наступних
операцій, рис.1.9.
У НДІ основ і підземних споруд та інститутом Гідро спецпроект проведені
випробування досвідчених буроін'єкційних паль на декількох майданчиках.
Випробування показали високу несучу здатність цих паль. Витрата бетону на
1000 кН переданої навантаження на буроін'єкційні палі становить у середньому 1
3 3,
м в той час як, для забивних - 1,5 м для буронабивних паль великого
діаметру-2 м 3.Вартість робіт в середньому в 2-2,5 рази нижче, ніж для
паль інших типів [2].
БІП широко застосовуються в житлово-цивільному, промисловому,
транспортному і гідротехнічному будівництві. БІП знаходять застосування при
влаштуванні нових фундаментом поблизу існуючих будівель і споруд. Зокрема,
БІП, як правило, бувають незамінні при посиленні існуючих фундаментів
будівель і споруд, які отримали пошкодження в результаті зміни зовнішніх
навантажень при реконструкції та реставрації поверхні будівель або зменшенні
несучої здатності основ. Схеми застосування БІП представлені на ріс.1.10 [20-
25].Така ситуація часто виникає під старими будівлями, у тому числі пам'ятками
архітектури після замочування просадних грунтів в основі таких будівель.
За умовою перенесення навантаження від існуючого фундаменту на основи
БІП поділяються на такі види [17, 18, 26]:
Палі-стійки, які передають навантаження своїми нижніми кінцями,
заглиблені в скельні породи або тверді глинисті грунти;
Висячі палі влаштовуються в стискаючих грунтах при відсутності щільних
грунтів в їх основі і передають навантаження на грунт, в основному, бічними
поверхнями і, частково, нижніми кінцями.
28

БІП в умовах посилення основ і фундаментів існуючих будівель на лесових
ґрунтах проектуються, як правило, висячими. Обпирання паль на непросадочні
лесові ґрунти допускається, як виняток, при малих навантаженнях на них, для
майданчиків першого типу по просадності [16-2 0, 27, 28, 29].
Буріння свердловини виконують якими способами і устаткуванням, що
виключають вплив на існуючі підземні конструкції і їх основи і гарантують
отримання стійкої свердловини на весь період влаштування палі [28-36].
Вертикальні або похилі свердловини виконують верстатами обертального
буріння безпосередньо через стіни і фундаменти підсилюваних об'єктів прямо з
тротуару чи з підвальній частині будівлі. Є великий вибір малогабаритних
бурових верстатів, які можуть використовуватися для цієї мети. Наприклад, в
об'єднанні Гідроспецбуд [2] застосовують верстати СБА - 500, що дозволяють в
залежності від ґрунтових умов бурити свердловини шнеком, шарошечним
долотом або колонкової трубою без кріплення свердловини: під захистом
обсадних труб або глинистого розчину. Відома технологія буріння свердловин
трьошарошковим долотом з промиванням грунту в свердловині глинистим
розчином. Технологічна лінія по бурінню свердловини складається з
малогабаритних бурових верстатів СБА - 48 (С - 855), ситогідроциклонної
установки 4СГУ2, прийомних ємностей і розчиноводів. Лінія працює по
замкнутому циклу. Для буріння цегляної і кам'яної кладки і бетонних блоків
використовують ті ж долота. Розбурених матеріал при цьому видаляється з
отвору стисненим повітрям або через буровий ставши, свердловина промивається
свіжим буровим розчином протягом 3 ... 5 хв.
29

У процесі експлуатації БІП, влаштованих у складних інженерно-
геологічних умовах, що не рідко виникають неприпустимі деформації. Зокрема -
якщо в основі фундаментів залягають шари міцних грунтів, між якими
знаходиться один або декілька шарів з низькими несучими властивостями, а БІП
1 перетинає всі ці шари, рис. 1.11. У таких
умовах згинальні зусилля, що виникають
2 в буроін'єкційних палях малого діаметра,
можуть викликати неприпустимі
3 деформації і втрату несучої здатності паль
[17, 20-24].
5 У зв'язку з вище сказаним,
4 необхідно знайти додаткові технологічні
заходи при влаштуванні БІП, які зможуть
3 поліпшити експлуатаційні показники,
зокрема, міцність на згин матеріалу палі.
Після закінчення буріння до
Рис. 1.11. Руйнування матеріалу
БІП від згинальних навантажень проектної глибини і витягання бурового
котрі в похилих палях малого механізму в свердловину опускають
діаметра:
1 – посилюється фундамент; секціями арматурний каркас. Арматура
2 - буроін'єкційні паля; БІП вибирається за розрахунком залежно
3 - щільні грунти; 4 - слабкі
грунти; 5 - ділянка руйнування від діючих навантажень, грунтових умов і
палі. вибраного діаметра свердловини. Вони

арм уються:
 одиночними арматурними стрижнями;
 зварними каркасами;
 жорсткої арматурою у вигляді прокату чорних металів;
 сталевими трубами.
30

Арматура палі може бути однорідною на всю довжину (наприклад, палі-
стійки) або комбінованої (наприклад, труба або прокат в зоні дії згинаючого
моменту і каркас на всю іншу довжину).
Технологія влаштування армокаркаса в свердловині наступна. Каркас
опускається в свердловину окремими секціями за допомогою інвентарної
триноги або вишки бурового верстата. Довжина секції арматурного каркаса
лімітується висотою приміщення і умовами, в яких проводяться роботи і,
зазвичай, не перевищує 3 м [18-26, 35-41].
Секції з'єднують між собою зварюванням. Зварні стики повинні
забезпечувати міцність арматури і зручність виробництва робіт по ін'єкції бетону.
Для попередження відхилення каркаса від осі свердловини і забезпечення
захисного шару для арматури на армокаркасів ставлять фіксатори, приварені
уздовж робочих стержнів.
Арматурний каркас допускається встановлювати в свердловину, вже
заповнену цементним розчином. У цьому випадку час складання і монтажу
арматурного каркаса повинно забезпечувати його установку в проектне
положення до початку схоплювання цементного розчину [14].
При влаштуванні паль малого діаметру (80-140 мм) армування складається,
як правило, з одиночного арматурного стрижня або взагалі відсутня. У процесі
роботи похилі БІП піддаються впливу згинаючих зусиль. Відсутність об'ємного
армування в такому випадку негативно впливає на тріщиностійкість і
довговічність паль. Для паль такого діаметру необхідно вдосконалювати
конструктивно-технологічну схему їх влаштування.
Заповнення свердловини твердіючим (цементним або іншим) розчином
проводиться через буровий ставши або ін'єкційну трубу від вибою свердловини
знизу вгору. Ін'єкційна труба (діаметр 25- 50 мм) складається з ланок завдовжки
1000-2500 мм, що з'єднуються муфтами. Через неї, свердловину заповнюють
цементно-піщаним розчином, який подають за допомогою насоса, наприклад,
3
СО-49 під тиском до 0,3 МПа. Інтенсивність подачі складає 4 м / год при її
31

дальності по горизонталі до 150 м, по вертикалі до 30 м. Глинистий розчин (якщо
він застосовується) зі свердловини при цьому витісняється і в її нижній частині,
де тиск найбільшу, відбувається обтиснення стінок з утворенням невеликих
розширень стовбура.
Застосування БІП особливо ефективно в слабких і водонасичених грунтах.
Одним з необхідних технологічних умов виробництва робіт у даному випадку, є
влаштування палі під захистом глинистого (тампонажного) розчину або обсадної
труби [2, 9, 13, 15].
Підсилення фундаментів, часто, відбувається в низьких підвальних
приміщеннях насичених інженерними комунікаціями. Влаштування БІП під
захистом обсадних труб в таких умовах досить ускладнене або взагалі
неможливо, так як простору для ведення робіт недостатньо. У такому випадку
для захисту свердловини від обвалення частіше знаходить застосування
глинистий розчин.
Глинистий розчин крім основної функції виконує наступне [2, 6-8, 42-44]:
 очищає вибій від частинок пробуреної породи і виносить їх на
поверхню;
 глинезує стінки свердловини, в результаті утворюються міцна і стійка
глиниста кірка;
 створює протитиск на грунтові води, запобігаючи надходження води
в свердловину і пов'язані з цим обвали, осипання в малостійких породах;
 утримує частинки вибуреного грунту в підвішеному стані навіть при
припиненні циркуляції глинистого розчину (при нарощуванні бурильних
труб, несправності насоса, а також в інтервалі між бурінням і
бетонуванням);
 охолоджує буровий інструмент в процесі буріння.
Глинистий розчин являє собою стійку фізико-хімічну суміш води і
спеціальної бентонітової глини - суспензію з щільністю в межах 1,06 - 1,22 г / см
32

3,
в'язкістю 18-35 секунд по віскозиметрі і добовим відстоєм 0- 5%.Зміст піску в
глині допускається не більше 10%.
Для виключення утворення під п'ятою палі подушки з осів шламу, що може
значно знизити несучу здатність, і забезпечення високої швидкості проходки
свердловин, необхідно підтримувати високу швидкість висхідного потоку
глинистого розчину при бурінні [20-25].
При влаштуванні БІП у вологих і водонасичених грунтах особливого
значення набуває тріщиностійкість палі. Утворення тріщин може викликати
швидку корозію арматури, знизити опір палі згинаючим зусиллям. Це особливо
важливо для похилих паль, що зазнають такі зусилля. Найбільш яскраво цей
ефект проявляється в БІП малого діаметру, які армуються одиночної арматурою.
Розтягнута зона при такому рішенні не армована. У цьому випадку навіть
невелике перевищення діючих зусиль межі міцності бетону на розтяг приведе до
появи тріщин в розтягнутій зоні бетону.
Тому, для таких паль в умовах агресивного середовища (вологі або
водонасичені грунти) необхідно вдосконалювати конструктивно-технологічне
рішення. Це може істотно збільшити тріщиностійкість, а отже, і довговічність
паль.
Заключний етап облаштування БІП це - опресовування. Технологічний етап
обпресування особливо важливий при посиленні фундаментів цим способом, а в
деяких випадках просто необхідний. Наприклад, якщо свердловини споруджують
під захистом обсадних труб, то в деяких грунтових умовах (наприклад, в
великоуламкових грунтах або великих пісках) при обпресування відбувається
віджимання рідкої фази розчину в великі пори грунту - кольматація грунту. При
цьому між палею і грунтом утворюється проміжна зона з зцементованого грунту,
яка значно збільшує несучу здатність висячих паль (товщина зони досягає
половини діаметра палі) [1-6, 9-14, 45-48].Здійснюють опресовування палі після
установки армокаркасів в проектне положення. Обов'язковою умовою при цьому
33

є відсутність витоків розчину зі свердловин (зниження рівня розчину в
свердловині не більше ніж на 0,5 м / год).
З цією метою у верхній частині труби-кондуктора встановлюють тампон
(обтюратор) з манометром. Потім через ін'єктор нагнітають розчин або стиснене
повітря під тиском в 0,2 ... 0,5 МПа протягом декількох хвилин. Обпресування
може бути припинена, якщо витрата розчину не перевищує 1-3 л / хв. Після
обпресування повітрям в свердловину подають додаткову кількість цементно-
піщаного розчину до повного її заповнення. При більшій витраті необхідно
продовжити опресовування протягом 2-3 годину.
Альтернативою опресування свердловини з деяких пір є резонансно-
імпульсна технологія (РІТ). Вперше РІТ знайшла застосування в геотехніці для
ущільнення водонасичених пісків, а потім супісків і лесових суглинків (Г.М.
Ломізе, П.Л.Іванов). Основи технології виготовлення набивних паль з
використанням електрогідравлічного ефекту були розроблені в Ленінграді в 1978
- 1981 рр. В.М. Улицька і Г.Н. Яссіевічем. Вона складається з наступних
операцій: буріння головної свердловини, заповнення свердловини твердіючим
матеріалом, електророзрядна обробка свердловини і установка армокаркаса в
свіжоукладену суміш (рис.1.12.) [2-8, 22-27].

а) б) в) г)

2
1 3
4

Рис. 1.12. Схема влаштування буроін'єкційних палі РІТ:

а) - буріння головної свердловини; б) - заповнення свердловини
бетонною сумішшю; в) - обробка свердловини по
електророзрядної технології;г) -установка армокаркаса;
1 - прохідний шнек; 2 - бетонна суміш; 3 - випромінювач
енергії;4 - армокаркас
34

При традиційній технології виготовлення буроін'єкційних паль після
заповнення свердловини ін'єкційним розчином, свердловини обпресовують з
забою стисненим повітрям, розчином або бетоном. У свою чергу, резонансно-
імпульсна технологія передбачає обробку ін'єкційного розчину в свердловині з
забою до гирла і назад серією високовольтних електричних розрядів. Виникає
при цьому електрогідравлічний ефект ущільнює навколишній грунт, знижує його
пористість в зоні дії ударного імпульсу, формує тіло палі.
Відмінною рисою використання для влаштування паль РІТ при посиленні
існуючих фундаментів, є можливість отримання високої несучої здатності паль
при її мінімальних розмірах (буровому діаметрі і довжині). Так, наприклад,
несуча здатність паль з буровим діаметром 150- 250 мм виявляється не менше,
ніж у забивних паль перетином 300x300 мм тієї ж довжини.
Палі, влаштовані за допомогою РІТ мають несучу здатність в 2-3 рази
вище, а вартість однієї тонни несучої здатності в 1,5-2,0 рази менше, ніж у
буроін'єкційних паль, виготовлених з використанням традиційних технологій [2,
9, 49, 50].

Висновки по розділу 1

1. Базуючись на факті відсутності досліджень впливу виконання струменево-
цементаційних елементів на оточуюче ґрунтове середовище та зіставленні
даного факту з отриманими дослідними результатами в процесі робіт з
підсилення ґрунтової основи існуючих будівель, постало завдання з
дослідження фізико-механічних властивостей ґрунтів, що оточують
ґрунтоцементні елементи з подальшим використанням отриманих значень
в моделюванні підсилення будівель.
2. При аналізі літературних даних стосовно ґрунтових умов, в яких
виконуються ґрунтоцементні елементи, було відмічено про відсутність
прикладів застосування струменево-цементаційних колон при підсиленні
35

ґрунтових основ будівель при наявності складних інженерно-геологічних
умов, наприклад, напівскельні ґрунти. Це поставило завдання вивчення
можливості застосування ґрунтоцементних колон для підсилення основ
фундаментів в умовах напівскельних прошарків ґрунту, в яких виконання
колон є проблематичним.
36

Розділ 2. Дослідження технології підсилення існуючих фундаментів при
реконструкції будівель та споруд ін`єкційною технологією
2.1 Дослідження технологій підсилення існуючих фундаментів при
реконструкції будівель та споруд

На даному етапі розвитку будівельної галузі України існує тенденція щодо
збільшення обсягів робіт із будівництва та реконструкції в умовах щільної міської
забудови [2] та освоєння територій із складними інженерно-геологічними
умовами [3]. При реконструкції часто виникає потреба виконання додаткових
елементів жорсткості, щоб привести конструктивну схему будівлі у відповідність
до діючих норм [4,5], в таких випадках часто необхідно підсилювати існуючі або
добавляти нові фундаменти. Реконструкція будинків в умовах ущільненої міської
забудови, як правило, пов’язане із значними ускладненнями конструктивних,
технологічних та організаційних рішень на всіх етапах проектування та
реконструкції будівлі.
Зміцнення фундаменту є одним з основоположних етапів реконструкції або
реставрації будівлі. Деформації конструкцій, зокрема фундаменту, відбуваються в
процесі тривалої експлуатації будівель і споруд. Основними процесами, що
впливають на руйнування, деформацію і усадку основ і фундаментів будівель, є
збільшення навантаження, руйнування кладки, зниження гідроізолюючих
властивостей, погіршення умов стійкості фундаментів або грунтів у їх основі,
збільшення деформативності грунтів, неприпустиме переміщення конструкцій.
Наприклад, надбудова з збільшенням навантажень на фундаменти
супроводжується відновленням процесу осідання будівлі. Безліч будинків
надбудовують, часом неодноразово.
В значній мірі на деформативність фундаменту також впливає фізичний
вплив, тобто будівельні роботи, які проводяться в місті - розвиток метрополітену,
трамвайних шляхів, трас, інженерних систем, які надають динамічний вплив на
фундаменти будівель ззовні.
37

В кожному конкретному випадку проводиться ретельне обстеження
технічного стану будівельних конструкцій існуючої будівлі та інженерно-
геологічні вишукування. На основі отриманих даних, а також з врахуванням мети
реконструкції, технічних рішень по конструктивних схемах надбудови та
технології виконання робіт, приймаються проектні конструктивні та технологічні
рішення по підсиленню конструкцій фундаментів, та при необхідності і самої
будівлі..
Часто підсилення фундаментів виконують палями, особливо у випадках
збільшення поверховості будівлі і навантаження [6], а також у зв’язку з
погіршенням несучої здатності основи. Незважаючи на те, що палі
застосовуються давно і в різних ґрунтових умовах, залишається ще досить багато
питань.
У багатьох містах, що збудовані в поблизу колишніх рік, на берегах озер
актуальною є тема руйнування будівель тих частин міста, де нерівномірне
осідання фундаментів зумовлене неоднорідними і слабкими ґрунтами основи [7].
Внаслідок чого спостерігаються деформації будівель, розкриваються тріщини у
зовнішніх і внутрішніх стінах, що створює небезпеку для людей та приводить до
поступової руйнації будівель.
Зокрема виникає необхідність реконструкції і капітального ремонту житлових
та громадських будівель в центральній частині міста Львова [8], багато з яких
включені у перелік пам’яток , що охороняються ЮНЕСКО
Вибір методу а також технології підсилення фундаменту залежить від
багатьох чинників, зокрема: категорії технічного стану будівлі [9],
конструктивної схеми будівлі, геологічних умов, щільності забудови і таке інше.
Як правило у літературі наведено традиційні методи підсилення фундаментів
[10-14]. Проте останні роки у країнах Європи активно розвиваються сучасні
способи підсилення, а також нові технології виконання робіт та відповідне
устаткування [15]. У деяких випадках є доцільним поєднання традиційних і
сучасних методів реконструкції фундаментів та основ.
Розглянемо традиційні способи підсилення фундаментів. Більшість
традиційних методів підсилення основ і фундаментів зводяться до збільшення
38

площі опирання підошви існуючих фундаментів, таким чином зменшуючи тиск на
грунт основи [10]. Типові способи підсилення, запропоновані в 50-х роках
минулого століття наведені на рис. 2.1.

Рис. 2.1 Приклади традиційних методів підсилення фундаментів: 1-існуючий
фундамент; 2-обойма; 3-розпірка з металевих профілів;
4- армування обойми; 5-арматурний каркас; 6-анкери.
За рахунок виконання залізобетонних обойм можна забезпечити збільшення
площі підошви фундаментів які необхідно підсилити. Проте розширення підошви
фундаментів не завжди є ефективним методом при наявності слабких
водонасичених грунтів. Як показує практика, розширення підошви фундаментів
включається в роботу при збільшені навантаження на фундументи, коли є
додаткові осадки. А це в свою чергу може бути критичним для старої будівлі і
39

потребуватиме додаткового підсилення будівлі.
Принципові прийоми підсилення фундаментів традиційними способами
зводяться до наступних робіт. Спершу підсилювальний фундамент розбивають
на захватки 1,5 - 2,0 м. на яких вручну виконують траншеї шириною 1,2 - 2.0 м.
відносно підошви. Після цього у фундамент забивають металеві штирі або
необхідне армування, встановлюють опалубку і бетонують розширення. Таким
чином подібні методи підсилення є досить складні і дороговартісні у виконанні, а
також переважно виконуються вручну. В місцях, де рівень підземних вод досить
високий, є необхідність відкачувати воду, при цьому вартість виконання робіт
значно зростає.
Іншими ефективними методами підсилення фундаментів є підсилення грунтів
основи (рис.1.2) [14,16-18]. Існує великий вибір хімічних реагентів, здатних
закріпити грунт основи на достатньо довгий період часу.

Рис. 2.2 Способи хімічного закріплення грунтів основи: 1-існуючий фундамент; 2-
хімічний розчин; 3-свердловина; 4-труба якою подається розчин; 5-закріплений
грунт; 6-форсунки.
40

Хімічні способи закріплення мають ряд переваг: високий рівень механізацій
робіт; низька трудомісткість, порівняно невисока вартість матеріалів.
Недоліками таких методів є неконтрольований процес хімічного закріплення
основ в умовах слабких грунтів, а також при наявності існуючих комунікацій
щільної забудови міста.
У світовій практиці дедалі частіше застосовують нові способи підсилення
основ і фундаментів. Останні роки розробляються нові технології та принципові
методи підсилення фундаментів як в свою чергу мінімізують ручну роботу та
мають високий ступінь механізації.
Одним з таких методів є підсилення фундаментів за допомогою ін’єкційних
та буроін’єкційних паль [10,16], які проходять крізь існуючий фундамент (рис.1.3;
рис.2.3). При цьому залізобетонну плиту включають у спільну роботу з існуючим
фундаментом.

Рис. 2.3 Приклади підсилення фундаментів буроін’єкційними палями: 1-існуючий
фундамент; 2-ростверк; 3-паля підпірної стіни; 4-відкіс котловану; 5-дно
котловану; 6-похилі буроін’єкційні палі;
В умовах щільної забудови міст є необхідність розроблення методу
підсилення фундаментів для специфічних геологічних умов, який би дозволив без
41

суттєвих руйнувань існуючих будівель, з максимальним їх збереженням,
підсилити існуючі фундаменти та дозволити збільшити навантаження на будівлю
надбудовою додаткових поверхів або мансардних приміщень. Особливо
ефективним в такому випадку є застосування мікропаль (рис.1.4), [19-21]
В Україні дослідженням роботи паль та підсиленням існуючих фундаментів
палями присвячені роботи багатьох вчених - Бойка І.П. [22-29], Лебеди О.Ф.
[21,30,31], Корнієнка М.В. [32], Мелашенка Ю.Б. [33], Шокарева В.С. [34,35],
Гречка В.Ф. [36], Ониськіва Б.М. [37], Кваші В.Г. [38,39], Демчини Б.Г. [8,4044],
Шевчука Г.П. [45], Брандль Х. [46], Моркляника Б.В. [8,47-51], Базилевича Я.О.
[48,49,52], Савинова А.В. [53], Коновалова П.А. [54], Гнатюка О.І [45,46],
Добрянського І.М., Мазепи О.М.[57-60], Моргуна А.С.[61], Маєвської І.В.[62- 68],
дисертаційних робіт [69-77], та інших авторів
Одним із варіантів використання подібних паль є застосування їх разом з
монолітними плитами у підвальних приміщеннях будівель. Плита заводиться в
стіни фундаменту будівлі за допомогою штраб та з’єднується з ними. Плита разом
з палями виконує стабілізуючу функцію для каркасу будівлі, включення в роботу
тільки плити дає можливість перерозподілити навантаження на основи. А
раціональний розподіл паль в межах монолітної плити дає можливість
стабілізувати нерівномірні осадки будівлі, а відповідно і її нахил .
Проте сьогодні, поряд з вимогами надійності фундаментів і технологічності їх
виконання, великий вплив на вибір того чи іншого типу фундаментів має
економічна доцільність їх влаштування та відповідність вимогам
природоохоронного законодавства, що передбачає проведення робіт з низьким
рівнем шуму та малими енерго- і трудовитратами.
Цим вимогам повністю відповідають мікропалі, що влаштовуються методом
безударного вдавлювання [78].
Мікропаля - залізобетонна паля круглого, прямокутного або трапецеїдального
поперечного перерізу площею до 300 см2 і завдовжки до 6,0м.[1].
В роботах іноземних авторів [79-83] було досліджено підсилення існуючих
фундаментів мікропалями, що вдалювалися в грунт. Так, в роботі [79] описано
підсилення існуючих фундаментів будівлі спортивного залу (Варшава)
42

трубобетонними вдявлюваними мікропалями в умовах обмеженого простору та
існуючих споруд (рис.1.6). Технологія підсилення полягала у виконанні
наступних робіт. Спершу секції металевих паль, заповнених ін’єкційним вяжучим
розчином,
Дослідженням спільної роботи «кущів» мікропаль присвячоно роботи
інеземних авторів [20]. Зокрема в цій роботі описано позитивний ефект
підсилення фундаментів «кущем» мікропаль. Оскільки навантаження від споруди
передається на масив ущільненого і підсиленого мікропалями грунту, а не на
окремі мікропалі, це дає впорівнянні значно кращий ефект для зменшення
осідання (рис. 1.10).
Також, в роботі [20] автори наводять приклади застосування різних типів
мікропаль для підсилення та нового будівництва опор мостів (Нью-Джерсі,
США), транспортних споруд (Бруклін, Нью-Йорк), підпірних стін, пірсів
(Армстронг, США), тощо (рис.1.11). Через малі габарити установки для
влаштування мікропаль, а також швидкість монтажу їх можна влаштовувати у
складних умовах будвництва, укрівплення укосів та на берегах річок і водойм.
Пальові фундаменти в існуючих будівлях слід влаштовувати без значних
динамічних впливів на основу. В протилежному випадку це може призвести до
нерівномірних осадок та розвитку тріщин в будівлі, яка підсилюється, та сусідніх
будинках. Тому, найбільш раціональний метод - це вдавлювання багатосекційних
паль в ґрунт безпосередньо з підвальних приміщень. Саме тому актуальним є
використання металевих труб, які вдавлювалися в ґрунт, з наступним вкладанням
у них арматурних стержнів та заповненням їх бетоном. Металева труба
вдавлюється в ґрунт окремими секціями, довжина яких визначається висотою
підвалу та особливостями технологічного обладнання.
В результаті вивчення літературних джерел, застосуваня мікропаль для
підсилення та нового будівнитва має широке застосування у світовій практиці,
проте використання мікропаль в Украні стримується недостатнім рівнем існуючих
методик їх розрахунку. Це насамперед пов’язано з недостатнім рівнем вивчення
взаємодії вдавлюваної палі з ґрунтом основи та будівлею.
Подальший розвиток і вдосконалення пальових
43

2.2 Аналіз ефективності існуючих методик визначення
технологічних параметрів технології ін`єкцтування методом струменевої
цементації
Технологія струменевої цементації або струменевого ін'єктування (Jet grouting
method) - сучасна геотехнічна технологія перетворення будівельних властивостей
ґрунтів з метою їх поліпшення - заснована на одночасному руйнуванні і
перемішуванні ґрунту високонапірним струменем розчину в режимі
"перемішування-на-місці" ("mix-in-place").
Європейські норми EN 12716 пояснюють поняття "струменева цементація"
("jet grouting") як "спосіб, який полягає в руйнуванні структури ґрунту або м'якої
породи і в перемішуванні або частковому заміщенні його цементуючою
речовиною, при цьому руйнування структури відбувається струменем рідини
високої енергії, струмінь рідини так само може служити цементуючою
речовиною", тобто струменева цементація заснована на процесі руйнування і
перемішування на місці елементів ґрунту з будівельним розчином і не є
процедурою ін'єкції під тиском в ґрунт.
Технологія струменевого ін'єктування дозволяє використовувати її при
спорудженні об’єктів підземного будівництва, а саме: підземних несучих і
протифільтраційних конструкцій, горизонтальних або похилих плит, елементів
будівель і споруд, штучних основ, стін і підлог заглиблених приміщень, в тому
числі підземних гаражів; при посиленні фундаментів існуючих будівель і споруд,
підпірних стін, огорож котлованів, горизонтальних підземних
протифільтраційних екранів, протизсувних конструкцій, при закріпленні
ґрунтових масивів для проходження підземних тунелів, колодязів великого
діаметру з днищами та ін.
У прогресуючому ритмі забудови міської території гостро стоїть питання
виконання нового будівництва на прилеглих територіях до існуючих об’єктів,
часто таких, що знаходяться в аварійному стані. В зв'язку з тим, що технологія
струменевої цементації характеризується відсутністю ударних і вібраційних
навантажень, а малогабаритні бурові машини дозволяють виконати роботи в
стиснених умовах, однією з найпоширеніших областей застосування
44

струменевого ін'єктування є підсилення основ фундаментів існуючих будівель,
включаючи реконструкцію історичних пам'яток архітектури.
Струменеве цементування з'явилося в якості альтернативи до хімічного
ін'єктування, яке було не тільки дорогим, але і токсичним методом. У 1970-х
роках "колонне поліпшення" стало доступною технологією [98]. В подальшому
розроблена і випробувана на практиці технологія покращення будівельних
властивостей ґрунтів поширилася на території Європи, далі в Південній і
Північній Америці, на Далекому Сході, Азії та Африці.
На території США струменева цементація отримала широке застосування і
розповсюдження в різних областях з початку 1980-х років [56].
Таким чином, геотехнологія, заснована на одночасному руйнуванні і
перемішуванні ґрунту високонапірним струменем розчину в режимі
"перемішування-на-місці" ("mix-in-place"), дійшла до наших днів як технологія
струменевої цементації ґрунту.
Широко відомі дослідження явища руйнування природної структури та
перемішування ґрунту методом струменевої цементації вченими Miki G. [88, 89],
Tomaghi R. [103], Shibazaki M. [98, 99], Kauschinger JL та інших [83, 84], Bell A.L.
[53], Covil C.Si Skinner A.E. [60], Croce P., Flora A., Modoni G. [61, 62, 63, 64, 65,
66, 67, 92], Vleeschauwer Y. [104], Morey J [93, 94], Imanishi H. [79], Bergschneider
B. [54]
На території Росії істотний внесок в розвиток технології струменевої
цементації було зроблено кандидатом технічних наук Хасіним М. Ф. [46, 47], який
провів експериментальні роботи в цій області в період 1976-83 рр. В подальшому
дослідження технологічних параметрів струменевої цементації і одержуваного
ґрунтоцементного матеріалу продовжені Бройдом І. І. [2, 3, 4] і Малініним А. Г.
[33, 34, 35, 36, 37], Ібрагімовим М. Н. [77, 78].
В Україні над питаннями створення ґрунтоцементу працюють Зоценко М. Л.
[20, 21, 22, 23, 24], Винніков Ю. Л. [6, 7, 8], Киричек Ю. А. і Комиссаров Г. В. [17,
18, 19], Власов С. Ф. [9, 10, 11].

45

Основною ідеєю технології струменевої цементації є здійснення технологічних
процесів з метою зміни характеристик ґрунтів, створення на їх основі матеріалів з
необхідними властивостями і формування із зазначених матеріалів підземних
елементів з заданими параметрами.
Залежно від кількості потоків рідини, що беруть участь в процесі формування
струменево-цементаційних елементів, технологія поділяється на наступні основні
види: однокомпонентну, двокомпонентну і трикомпонентну струменеву
цементацію.
Однокомпонентний метод струменево-цементаційної технології полягає в
тому, що і руйнування і цементація ґрунту відбувається за допомогою цементного
розчину, що подається під високим тиском (кілька десятків МПа) в єдиному
потоці через насос до струменевого монітора [73]. На виході з монітора швидкість
струменя розчину зменшується дуже швидко, руйнівна ефективність
однокомпонентного (простого) струменя у напрямку від осі свердловини
обмежена, "радіус дії" простого струменя в ґрунті дорівнює кільком десяткам
сантиметрів. В результаті обробки ґрунту однокомпонентним струменем
формується колона від 0,4 до1,4 м в діаметрі. Застосування однокомпонентної
технології найпоширеніше в світі [39, 40, 41, 42, 80].
В двохкомпонентній технології існує два методи: перший - руйнування і
цементація ґрунту відбувається за допомогою двох рідин, які транспортуються
окремо одна від одної до монітора, другий - руйнування і цементація ґрунту
виконується за допомогою однієї рідини, оточеної потоком повітря, а рідина і
повітря так само подаються до сопла окремо один від одного.
В двохкомпонентній технології з водою застосовуються дві рідини - це вода і
розчин. Ґрунт руйнується за допомогою струменя води під високим тиском, що
подається у верхню частину монітора (кілька десятків МПа), в той же час
цементування відбувається за допомогою відокремленого струменя розчину під
низьким тиском (кілька МПа), що подається в нижню частину монітора. В даний
час ця технологія рідко застосовується на території Європи і США.
В двохкомпонентній технології з повітрям застосовуються два потоки - повітря
і розчин. Руйнування і цементація ґрунту, так само, як і в однокомпонентній
46

технології, відбуваються за допомогою струменя розчину, поданого під тиском в
кілька десятків МПа, але функції розмивання струменя розчину допомагає
кільцеподібний струмінь повітря, що подається окремо під низьким тиском
(кілька сотень кПа) з компресора до монітора. Струмінь стисненого повітря
підтримує швидкість струменя розчину з віддаленням від сопла. Передбачається,
що він створює оболонку навколо струменя розчину і захищає від тертя.
Практичне застосування та вибір оптимальних технологічних параметрів для
двохкомпонентної струменевої цементації здобувачем розглянуті в роботі [75].
Сутність трикомпонентної технології полягає в тому, що руйнування і
цементація ґрунту відбуваються за допомогою трьох потоків (вода, повітря і
розчин), що подаються до монітора окремо.
Так само, як і в двокомпонентній технології з водою, ґрунт руйнується за
допомогою струменя води під високим тиском, а цементація відбувається
струменем розчину, що подається під низьким тиском. Як і при двокомпонентній
технології з повітрям, ефективність руйнуючого струменя (на цей раз у воді )
поліпшена кільцевим струменем повітря.
Струменева цементація - це руйнування структури ґрунту або м'якої породи і
перемішування або часткове заміщення його цементуючою речовиною, при цьому
руйнування ґрунту відбувається за рахунок рідкого струменя, що володіє великою
енергією, а сама рідина виконує цементуючу функцію [72].
Саме тип і фізико-механічні властивості ґрунтів, з яких виконується
струменево-цементаційний елемент, будуть одними з основних чинників, що
впливають на геометричний розмір елементів і міцність ґрунтоцементного
матеріалу.
Наприклад, Burk G.K. в 2002 році [57] представив діапазон ґрунтів, до яких
може бути застосована досліджувана технологія. Як він зазначив у класифікації
(рис. 2.4), різні типи ґрунтів показують різні характеристики ерозійності.

47

Відповідно до характеристики, що показана на рисунку 1.1, незв'язні ґрунти
відносно легко зруйнувати і вони є фактично самоерозійними при обробці їх
турбулентним впливом. В іншому кінці шкали - важко руйнована пластична
глина, оскільки вона зв'язана когезією. Необхідно відзначити, що будь-яких
швидкостей підйому недостатньо, щоб зруйнувати глину на частки, співрозмірні
з зернами піску. Пластичні глини, наприклад, руйнуються на скибки і частини, а
не окремі дрібні частинки, що часто є причиною закупорки кільцевого простору і
втрати виходу пульпи на поверхню.
З Burk G. K., щодо широкого застосування технології, згодні Co vil C. S. і
Skinner A. E. [60], в той час як інші дослідники висловлюють деякі сумніви щодо
дрібнозернистих ґрунтів, наприклад Bell A. L. [53]. Інші автори: Kanematsu H., як
описано у Covil C. S. і Skinner A. E. [60], Shibazaki M. [98, 99], заявляють, що
однокомпонентну струменеву цементацію слід застосовувати тільки для дуже
низьких значень стандартного пенетраційного тесту SPT (зв'язні ґрунти N<5-10,
піщані ґрунти N<15), але не наведено ніяких пояснень для таких певних меж.
Професор P. Lunardi в своїй роботі [86] зазначив, що успішне виконання
струменевої цементації можливе в будь-яких ґрунтах, незалежно від розміру
часток і коефіцієнта фільтрації, за винятком твердого зв'язного ґрунту, міцність
якого не може бути подолана струменем. У дрібнозернистих ґрунтах зовнішня
поверхня колони струменевого ін'єктування чітко виражена і має правильну
форму. У крупнозернистих і гетерогенних ґрунтах, навпаки, поверхня
неправильної форми з систематичним "кореневим ефектом", оскільки в разі
слабких прошарків ґрунту цементний розчин проникає в навколишній ґрунтовий
масив, створюючи навколо колони лінзи з цементного розчину, що розходяться
від поверхні колони.
На території України діапазон ґрунтів, в яких існує можливість виконувати
струменево-цементаційні елементи різної форми, досить широкий. На прикладі
об'єктів, виконаних спільним україно-французьким підприємством "Основа-
Солсиф", необхідно відзначити, що застосування технології струменевої
48

цементації було перевірене і в галечникових ґрунтах м. Івано-Франківська, і в
заторфованих ґрунтах м. Львова, і практично у всіх типах ґрунтів м. Києва та
Київської області. На рисунку 1.2 показано зовнішній вигляд колон струменевої
цементації, виконаних в а) сухих лесових супісках, м. Київ та в б)
водонасиченому заторфованому суглинку, м. Львів.

Рисунок 2.4 - Колони струменевої цементації, виконані в різних геологічних
умовах: а) сухі лесоподібні супіски, б) водонасичені заторфовані суглинки
На рисунку 1.2 візуально можна спостерігати залежність однорідності
поверхні від типу ґрунту, в яких виконувались колони струменевого ін'єктування.
Технологія струменевого ін'єктування дозволяє використовувати її при
вирішенні різних завдань підземного будівництва, а саме: влаштуванні підземних
несучих і протифільтраційних конструкцій [14], горизонтальних або похилих
плит, елементів будівель і споруд, штучних основ [13, 49, 91], стін і підлог
заглиблених приміщень, в тому числі підземних гаражів, влаштуванні коренів
ґрунтових анкерів [58], при підсиленні фундаментів існуючих будівель і споруд
[27, 28, 31, 55, 74, 85, 97], підпірних стін, огородження котлованів,
горизонтальних підземних протифільтраційних екранів [12, 75, 76],
протизсувних конструкцій [87], закріплення ґрунтових масивів для проходки
підземних тунелів [52], колодязів великого діаметру з днищами і багатьох інших
споруд [39, 40, 41, 42, 44, 95]. Ґрунтоцементні елементи також використовуються
для армування ґрунтових основ на сейсмонебезпечній території [70, 71].
49

Аналізуючи зарубіжні дослідження застосування струменевої цементації в
різних типах ґрунтів та вивчення ґрунтоцементного матеріалу (графіки міцності,
графіки взаємозв'язку технологічних параметрів, графіки очікуваних діаметрів
ґрунтоцементних колон в різних ґрунтових умовах, тощо), не можна сказати, що
таку саму інформацію можна знайти в українських дослідженнях. В основному в
вітчизняних наукових матеріалах можна зустріти міцнісні характеристики для
ґрунту, що буз змішаний з цементним розчином, а не зруйнований
високонапірним струменем з подальшим цементуванням. Що, в свою чергу,
робить вивчення, аналізування та складання діапазонів застосування
досліджуваної технології в умовах всіх типів ґрунтів в Україні актуальним.
Існуючі методики направлені на підбір оптимальних технологічних
параметрів для виконання ґрунтоцементних елементів, виконаних за
струменевою технологією. Основним параметром є геометричні характеристики
отриманих елементів (наприклад, діаметр ґрунтоцементної колони, довжина
панелі тощо). Розглянемо основні сучасні методики:
Бройд І. І. розглянув особливість струменевого розмиву ґрунту при
використанні струменевої цементації, при якій рух струменя з самого початку
відбувається в ґрунтовому середовищі [3]. Руйнування ґрунту в процесі
струменевого розмиву визначається багатьма факторами, такими як кавітаційний
вплив струменя на ґрунт, дія динамічного тиску, ударний вплив на ґрунт водяних
крапель роздробленого струменя, зменшення міцності ґрунту під впливом
втомних напружень, що викликаються пульсуючим навантаженням,
розмиваючого впливу високошвидкісного водяного струменя, а також фізичних і
реологічних характеристик ґрунтів.
Радіус розмивної циліндричної грунтової порожнини Я при однокомпонентній
технології залежить від внутрішнього діаметра насадки , тиску перед насадкою Р,
частоти обертання монітора п, швидкості підйому монітора УПод, щільності
розчину рр _р а, його водо-цементного співвідношення в/ц, а також від
характеристики розмиваємості ґрунту :
50

віф
Радіус розмиваючої дії струменя розчину:

Методика визначення складу обробленого ґрунту в струменево- цементаційній
колоні, розроблена Малініним А. Г. (компанія "Інж Проект Строй", Росія)
Для розрахунку технологічних показників Малінін А. Г. розглянув
застосовуваний на практиці циклічний режим влаштування ґрунтоцементної
колони діаметром О (рис. 1.5), коли в кожному циклі відбувається підйом
монітора на величину кроку 5. Після обробки ґрунту протягом інтервалу часу
Твідбувається подальший підйом монітора на крок 5 і т. д. [33].
Приймемо, що з монітора витікає струмінь цементного розчину з витратою
р _ р а. Протягом одного циклу обробляється об’єм ґрунту

Рисунок 2.5 - Схема формування ґрунтоцементної колони: 1- надходження
цементного розчину, 2 - вихід пульпи, 3 - водоцементний струмінь, 4 -
опрацьований об'єм ґрунту, 5 - ґрунт, оброблений в попередніх циклах [5]
Хоча процеси надходження розчину. перемішування з ґрунтом і виносу
пульпи мають безперервний характер, для отримання розрахункових залежностей
дискретизуємо процес, тобто розіб'ємо період циклу Т на тимчасові інтервали Д ґ
1 , Дґ 2і т. д.:
51

Протягом першого інтервалу часу Д ґ1 в ґрунт надходить водоцементний
розчин об'ємом і масою. ОбсягУк містить ґрунт пористістю п з
щільністю частинок р5.
Розглядаючи варіант обробки струменевою цементацією обводненого
ґрунту, можна визначити масу грунту і води.
Продовжуючи цю процедуру, можна розрахувати кількість цементу, ґрунту і
води, що містяться в тілі ґрунтоцементної колони, в будь-який момент часу.
Методика визначення діаметра колони струменевої цементації, розроблена G.
Modoni, P. Croce, L. Mongiovi, Університети Cassino і Trento, Італія
Спеціалісти G. Modoni, P. Croce з університету Cassino і, L. Mongiovi з
університету Trento в Італії зробили спробу теоретичного моделювання
механічного явища, спровокованого струменевим ін'єктуванням [90]. Беручи до
уваги складність заплутаного механічного явища, розрахунки були обмежені
однокомпонентною системою.
Виміряний процентний вміст вертикального потоку (пульпи), що складається
з цементного розчину і деякої частини розмитого ґрунту збільшується зі
зменшенням розміру ґрунтових частинок і варіюється між 0 і 80 % [83].
Для добре проникних ґрунтів, таких як крупнозернистий гравій, вертикальний
потік стає несуттєвим і майже весь ін'єктований цементний розчин утримується
ґрунтом. Фактично, в разі гравію (рис. 1.4 (а)), вся ін'єктована рідина може вільно
просочуватися через пори ґрунту, відстежуючи приблизно радіальний шлях, без
значних переміщень зерен ґрунту [61]. Це явище змодельовано як ефект
фільтрації і важливою механічною властивістю є проникність ґрунту по
відношенню до водоцементного розчину.
Для більш дрібних ґрунтів, таких як піски і глини, чиї пори занадто малі, опір
щодо просочування цементного розчину значно збільшується. Отже,
струменевий потік прагне повернутися назад і перемістити частки, які можуть
бути віддалені від їх початкового положення і по можливості захоплені до
52

поверхні ґрунту. По суті це процес ерозії. Зокрема, передбачено два різних
механізми ерозії для глин і пісків відповідно.
Для пісків (рис. 1.4 (б)) ін'єктована рідина приймається такою, що проникає в
пори ґрунту протягом якоїсь певної відстані за лицьову поверхню ґрунту, таким
чином викликаючи значне збільшення порового тиску і відповідно зменшення
контактних зусиль між частинками. Явище змодельоване тривалим порівнянням
дії струменя з опором зсуву ґрунту.
Для глинистих ґрунтів (рис. 1.4 (в)), чиї пори надзвичайно малі, струмінь не
може проникнути через фільтрацію в ґрунт. Дія струменя розглядається як
прикладене навантаження на стіну ґрунту і пропорційно до механічного моменту
(інерції, кінетичної енергії) струменя. Тоді цей ерозійний процес описується за
допомогою ряду недренованих механізмів руйнування і недренована міцність ^
розглядається як основна властивість ґрунту. Схожий висновок отримано Даббаг
і ін. [68] після виконання ряду лабораторних тестів ін'єкцій в глини.

Рисунок 2.6 - Ескіз типів взаємодії між ґрунтом і цементним розчином
53

Модель розмивання.
Коли ін'єкційний струмінь впливає на ґрунт з проникністю нижчою, ніж у
гравію, просочування розчину в значній мірі зустрічає перешкоду і потік розчину
повертається, при цьому тягне ґрунт в сторону від його початкового положення.
Цей механізм руйнування разом з заміщенням частинок ґрунту розчином,
відповідальний за виконання ґрунтоцементної колони.
Запропонована модель підходить і для визначення ефективності обробки.
Вона визначається як співвідношення між обсягом розчину в колоні і обсягом
заін'єктованого розчину і за умови однорідного складу ґрунтоцементу і пульпи і
нульового обсягу повітря в ґрунтоцемент.
Розрахунок витрати _розчину на основі коефіцієнта Канематцу Витрата
розчину в струмені є основним чинником, що визначає будівельні витрати. Однак
ця кількість включає в себе частину розчину, що виходить разом з витісненим
ґрунтом, тому раціональна оцінка витрат більш важка. У разі застосування різних
методів струменевої цементації (одно-, дво- і трикомпонентної системи) необхідну
кількість розчину визначають на основі емпіричної формули:
(1.2)
Де Q - необхідна кількість розчину, D - проєктний діаметр ґрунтоцементної
колони, - H - довжина колони, λ- експериментальний параметр, прийнятий за
рисунком 1.5 , / - коефіцієнт витрат (менше 0.1).

54

Рисунок 2.7 - Експериментальний коефіцієнт Канематцу (R) [82]

За результатами досліджень, проведених Covil C. S., Skinner A. E [60] і на
основі роботи Канематцу були зроблені висновки, що близько 75%
розрахункового обсягу розчину потрібно для руйнування ґрунту і формування
колони струменевої цементації. У разі піщаних і гравійних ґрунтів ця цифра
становитиме від 50% до 60%, в той час як в глинах та інших, більш зв'язних
породах, становить до 120% від розрахункового об’єму колони.
Метод визначення складу ґрунтоцементного матеріалу, розроблений
KauschingerL. foseph
1
KauschingerL. Joseph з ASCE в своїй роботі [84] описав метод визначення
складу ґрунтоцементу колон, виконаних за технологією струменевої цементації,
ґрунтуючись на принципі збереження маси:
- цемент в колоні тЦшк = заін'єктований цемент - цемент, винесений в пульпі;
- вода в колоні тв к = вода (в грунті + заін'єктована) - вода, винесена в пульпі;
- ґрунт в колоні = грунт, оброблений струменем - ґрунт, винесений в пульпі.
Загальна об'ємна вага матеріалу в колоні
Відповідно до дослідної практики - чим вище міцнісні властивості ґрунту, тим
менше ґрунт розмивається струменем цементного розчину. Фахівці компанії
"ІнжПроектСтрой", м. Пермь, Малінін А. Г. і Гладков І. Л.

55

Порівнюючи розглянуті методики розрахунку технологічних та геометричних
параметрів ґрунтоцементних елементів, що виконані за струменевою технологію,
можна зробити наступні висновки:
- методика російського вченого І. І. Бройда дозволяє розрахувати діаметр
ґрунтоцементної колони з використанням таких основних параметрів, як тиск,
витрати та швидкість струменя цементного розчину, але також включає в себе
такий параметр, як характеристика руйнації ґрунту, який можливо отримати
тільки експериментальним шляхом;
- Малінін А. Г. в своїх роботах наводить алгоритм розрахунку витрат цементу на
погонний метр ґрунтоцементної колони, що є важливим економічним фактором
робіт, але залишає діаметр колони величиною відомою для використання її в
розрахунках. Тобто ще до початку робіт, враховуючи інженерні умови ділянки,
виконувач повинен самостійно обрати технологічні параметри обладнання, що,
в свою чергу, неможливо без напрацювання об'ємної практичної бази;
- найбільш детальний розрахунок проєктного діаметру ґрунтоцементної колони
представлений італійськими вченими G. Modoni, P. Croce. Розрахункові
діаметри можна отримати не тільки в залежності від технологічних параметрів,
але й від типу ґрунту, але також в розрахунках використані параметри, які
необхідно отримати тільки на підставі експериментальних результатів;
- параметр Канематцу дозволить визначити витрати розчину при виконанні
струменево-ін'єкційних робіт, але також залишає питання розрахунку діаметра
відкритим;
- метод, розроблений Kauschinger L. Joseph, дає можливість розрахувати
діаметр, але при чіткому врахуванні кількості цементу, ґрунту і води, що
будуть в пульпі, тобто в частині відпрацьованого розчину, винесеного на
поверхню. В умовах будівельного майданчика при об'ємних роботах такий
контроль є надскладним;
- німецька компанія Ischebeck використовує в своїх розрахунках діаметру
колони емпіричні параметри, що залежать від типу ґрунтів. Російські вчені, в
свою чергу, на підставі експериментальних досліджень вивели залежності цих
параметрів для ґрунтових умов території Росії. Але при використанні
56

емпіричних параметрів для будівельних об’єктів в ґрунтових умовах України,
отримані результати не відповідають дійсності.
Висновки за розділом 1
Аналіз попередніх досліджень технології струменевої цементації показав, що
не дивлячись на те, що технологія впроваджується з 70-х років минулого століття,
є ще багато питань, які мають бути дослідженими: зв'язок технологічних
параметрів з параметрами ґрунтоцементного елементу, вплив на оточуюче
ґрунтове середовище, тощо.
Проаналізувавши сучасний стан нормативної бази, яка стосується проєктування та
виконання ґрунтоцементних елементів за струменевою
технологією, було відмічено, що на сьогоднішній день в Україні практично
відсутні нормативні документи, які визначають порядок розрахунку, проєктування
та виконання струменево-цементаційних елементів.
Більшість сучасних українських досліджень ґрунтоцементу спрямована на
бурозмішувальні технології, в яких розглянуті і широкий діапазон ґрунтів, і
чисельні значення міцності отриманого матеріалу. Але використовувати ці
значення міцності для елементів, що виконуються за струменевою технологією є
помилкою, бо при бурозмішувальній технології ґрунтоцемент - це продукт
механічного перемішування, іноді з великими ґрунтовими включеннями, а при
ін'єкційній технології - ґрунтоцемент утворюється руйнуванням та
перемішуванням високонапірним струменем, формуючи більш однорідний
матеріал. В іноземній технічній літературі в більшості випадків на графіках
міцнісних характеристик ґрунтоцементну зустрічаються типи ґрунтів, що не
розповсюджені в Україні. Тобто при виконанні проєкту з застосуванням
струменево-цементаційних елементів на території нашої країни в більшості
випадків неможливо знайти значення очікуваних характеристик ґрунтоцементного
матеріалу, що формує завдання аналізу та впорядкування багатьох чисельних
експериментальних значень характеристик матеріалу елементів, що виконані за
струменевою технологією, в таких основних типах ґрунтів, як піски, супіски,
суглинки.
57

Існуючі методики розрахунків ґрунтоцементних елементів переважно
направлені на отримання таких даних, як витрати цементного розчину під час
виконання струменево-цементаційних елементів будь-якої конфігурації. І тільки
деякі автори пропонують розрахунок радіусу розмиваючого струменя, але ці
методики та підходи базуються на багатьох експериментальних параметрах, які
автори пропонують отримувати на будівельних майданчиках під час роботи.
Тобто для інженерів-проєктувальників, що не мають змоги виконати ряд
експериментальних досліджень, застосування цих методик неможливе. В зв’язку з
цим необхідною є розробка методу розрахунку геометричних параметрів
ґрунтоцементного елементу та адаптування його до українських ґрунтових умов,
що дозволить його проєктування без безпосереднього доступу до будівельного
майданчика.
Базуючись на факті відсутності досліджень впливу виконання струменево-
цементаційних елементів на оточуюче ґрунтове середовище та зіставленні даного
факту з отриманими дослідними результатами в процесі робіт з підсилення
ґрунтової основи існуючих будівель, постало завдання з дослідження фізико-
механічних властивостей ґрунтів, що оточують ґрунтоцементні елементи з
подальшим використанням отриманих значень в моделюванні підсилення
будівель.
При аналізі літературних даних стосовно ґрунтових умов, в яких виконуються
ґрунтоцементні елементи, було відмічено про відсутність прикладів застосування
струменево-цементаційних колон при підсиленні ґрунтових основ будівель при
наявності складних інженерно-геологічних умов, наприклад, напівскельні ґрунти.
Це поставило завдання вивчення можливості застосування ґрунтоцементних колон
для підсилення основ фундаментів в умовах напівскельних прошарків ґрунту, в
яких виконання колон є проблематичним.
58

2.3 Основні технологічні параметри та характеристики ґрунтоцементного
матеріалу

До початку аналізу експериментальних даних необхідно зупинитися на
основних відомостях про технологічні параметри струменевої технології та деяких
літературних даних щодо характеристик ґрунтоцементного матеріалу для
подальшого аналізу та порівняння з результатами дослідів, отриманими в даній
роботі. Обробка ґрунту високонапірним струменем цементного розчину при
створенні струменево-цементаційних елементів виконується шляхом регулювання
і контролю набору технічних параметрів, які можна назвати "основними
струменево-цементаційними параметрами" (табл. 2 .1 ) [62]:
- геометричні характеристики обладнання;
- кінематичні змінні, що визначають рух струменя;
- склад, тиск і витрати ін'єктованої рідини.
Таблиця 2.1 - Основні параметри обробки при струменевій цементації
1
Параметр Призначення Символ Один. виміру
Кількість сопел M -
Геометричні Діаметр сопла d м
Крок підйому As м
Час на крок At с
Швидкість
rn рад/с
Кінематичні обертання
Співвідношення -
В/Ц W/C
w a
Pg> P ’ P
Рідини, що Тиск рідин (grout, МПа
ін'єктуються water, air)
2
Витрати рідин Qg, Qw, Qa м /с

1
Позначення символів технологічних параметрів наведені відповідно до описаних символів в книзі Jet grouting: Technology, design and
control, Croce P, Flora A. [62]
59

Очевидно, що кожна система струменевої цементації (однокомпонентна,
двокомпонентна і трикомпонентна) матиме різний набір параметрів залежно від
ін'єктованої рідини. Деякі параметри (наприклад, тиск розчину, діаметр сопла і
швидкість потоку) не можуть бути обрані незалежно один від одного, оскільки
вони взаємопов'язані.
Всі параметри в струменево-цементаційному процесі пов'язані між собою. І всі
параметри, в тій чи іншій мірі, беруть участь в реалізації емпіричних і числових
методів оцінки діаметра ґрунтоцементного елемента.
Надалі в роботі буде розглянута тільки однокомпонентна технологія.
Швидкість обертання монітору і крок підойму.
Процес підняття монітору може виконуватися плавно, але краще здійснювати
його кроками: у глинистих ґрунтах висота кроку повинна бути малою (близько 2
см), в той час як в піщаних і гравійних ґрунтах монітор можна піднімати з великим
кроком (близько 4 см або в рідкісних випадках більше) [59]. Отже, відповідно до
обраних швидкості підняття монітора і висоти кроку, струмінь (або струмені, при
декількох соплах) виконує кілька обертів на одній і тій же висоті відповідно до
швидкості обертання.
Виходячи з цього, діаметр сопла управляє співвідношенням між тиском і
витратою струменя, тобто потужністю струменя.
Отже, можна розрахувати діаметр сопла на гідромоніторі для того, щоб
отримати тиск і необхідні витрати струменя, беручи до уваги щільність
використовуваного розчину.
Тиск струменя (на виході з сопла) нижче, ніж фактичний тиск на виході з
насоса, внаслідок того, що він зазнає втрати через тертя, якому піддається розчин
протягом усього руху між насосом і монітором (ці втрати можуть досягати більше
100 бар). Втрати тиску залежать від:
- витрат розчину нагнітання;
- щільності розчину: струмінь води (на прикладі попереднього розмиву) зазнає
втрат менше ніж струмінь розчину;
- довжини і діаметру гнучких шлангів, що з'єднують насос з буровими
штангами;
60

- глибини буріння і внутрішнього діаметра бурових штанг.
Енергія струменя
Одним з важливих параметрів поряд зі швидкістю струменя розчину, яка
обробляє ґрунт, і часом прикладання струменя на одну і ту ж поверхню, є руйнівна
енергія.
Також енергію струменя можна використовувати для введення параметра, який
кількісно визначає ефективність обробки ґрунту з точки зору технічної та
економічної зручності.
Параметр ефективності визначається як співвідношення між отриманим
прибутком (тобто об’єм одиниці довжини колони Ус, виражений в кубічних
-5
метрах на метр (м /м), що співпадає з поперечним перерізом колони) і параметром,
що представляє вартість одиниці роботи, який може бути питомою кінетичною
енергією обробки ґрунту (Е' в МДж) [62]. В якості альтернативи Е' можна
розглядати об’єм закачаного розчину Уд на одиницю
Наступним етапом в процесі дослідження постануть залежності очікуваного
діаметру від таких технологічних параметрів, як тиск нагнітання, та основна
залежність діаметр - тип ґрунту, в якому виконується ґрунтоцементний елемент.
Діаметр струменево-цементаційної колони
Необхідне значення середнього діаметра колон може бути вибрано за
допомогою відповідної системи струменевої цементації залежно від типу
оброблюваних ґрунтів і належного вибору параметрів обробки (кількість і діаметр
насадок, тиск струменя і витрати розчину, швидкість підйому гідромонітору і
склад розчину).
На практиці в більшості випадків цей вибір заснований на попередньому
досвіді, і вибір параметрів здійснюється емпірично з використанням результатів
польових випробувань.
У розділі 1 були розглянуті деякі підходи авторів до визначення проєктного
діаметра і деяких параметрів, таких, як витрати цементного розчину. В подальшій
роботі розглянуті підходи використовуватися не будуть.
61

Багато авторів приводять діаметри, що будуть отримані, в різних типах ґрунту
у вигляді таблиць. Таким прикладом є очікувані діаметри (табл. 2.2), описані в
Нормах, що діють на території Італії - Jet Grouting Guidelines: Associazione
Geotecnica Italiana [50].
Таблиця 2.2 - Значення діаметрів струменево-цементаційних колон
Діаметр колон, м
Тип струменевої
Помірно щільна М'який мул і Замулений Пісок і/або
цементації
глина глина пісок гравій
Однокомпонентн
а Не 0,4-0,8 0,6—1,0 0,6-1,2
система рекомендується
Двохкомпонентна
0,5-1,0 0,6-1,3 1,0—2,0 1,2-2,5
система
Трикомпонентна
0,8-1,5 1,0—1,8 1,2-2,5 1,5-3,0
система
Наступною основною характеристикою ґрунтоцементного елементу є його
міцність, що є одним з найважливіших параметрів при армуванні ґрунтового
масиву струменево-цементаційними елементами.
Міцність ґрунтоцементного матеріалу в першу чергу залежить від типу
струменевої цементації (однокомпонентна, двокомпонентна або трикомпонентна),
від типу оброблюваного ґрунту і часу, витраченого на обробку, від
водоцементного співвідношення цементного розчину і від кількості цементу на 1
м п. колони.
В якості першого визначального фактора розглянемо витрату цементу на
одиницю об'єму колони в різного типу ґрунту:

62

Рисунок 2.8 - Орієнтовні діапазони міцності на стиск для різних типів ґрунтів і
різної кількості ін'єктованого цементу [62]
На графіку рисунка 2.1 показано високі значення міцності на стиск в
крупнозернистих ґрунтах (приклад - ґрунтоцементний матеріал з колони, що
виконана в гальково-щебенистих ґрунтах - рис. 2 .2 , а), а для глинистих і мулистих
ґрунтів більш низькі значення, що може бути також обумовлено наявністю грудок
незцементованого матеріалу (рис. 2 .2 , б).

Рисунок 2.9 - Ґрунтоцементний матеріал, отриманий в різних ґрунтових умовах: а)
гальково-щебенистий ґрунт, б) глинистий ґрунт
Італійська компанія Compagnia Consolidamenty e Pali в своїх матеріалах також
вважає за краще користуватися залежністю "міцність на стиск - тип ґрунту",
включаючи в цю залежність таку змінну, як діаметр (рис. 2.3).

63

Рисунок 2.10 - Залежність міцності зразків, взятих з тіла колони струменевого
ін'єктування в залежності від типу ґрунту [38].

В магістреській роботі неодноразово наголошується, що міцність на стиск
ґрунтоцементу змінюється залежно від типу ґрунту. За даними різних дослідників
[1 0 0 ] діапазони міцності на стиск для різних типів ґрунтів представлені в таблиці
2.3.

64

Таблиця 2.3 - Міцність на стиск ґрунтоцементу
Міцність на стиск ґрунтоцементу, МПа
Тип Miki Bell Fang et al. Melegari Stoel & Shibazaki Okmen
ґрунту (1985) (1993) (1994) & Ree (2003) (2004)
Garassino (2000)
(1997)
Глина <5 0,5-8 2 - 1 0 1,8-3 3-14 1 0 1-5
Мул 4-18 3-4,5
Пісок 5-10 5-25 5-21 6-9 3-33 30 5-23
Гравій 5-30 1 0
Короткий огляд діапазонів характеристик ґрунтоцементного матеріалу з різних
літературних джерел дозволить в подальшому порівняти отримані результати
експериментальних досліджень (Розділ 3), а вже існуючі взаємозалежності
технологічних параметрів дадуть можливість побудувати алгоритм розрахунку
робочих параметрів та прогнозування очікуваного розміру ґрунтоцементного
елементу на основі проведеного в даній роботі аналізу експериментальних
результатів.
Аналіз впливу технологічних параметрів і типу ґрунту на діаметр
ґрунтоцементних колон, розглянутий в даному розділі, заснований на практичних
даних, отриманих на більш ніж 30-ти будівельних об'єктах, виконаних компанією
Soletanche Bashy (Le Louvre - Франція, Cervia - Італія, Geneve LAC - Швейцарія,
Geneve Croix d'or - Швейцарія, Promedio - Італія, тут і далі приведені назви
об'єктів мовою оригіналу та країну, в якій були виконані роботи
Meissies - Франція, Allegneny Jail (Pitsburg) - США, Puerto Acautla - Сальвадор і
ін.). На всіх перерахованих об'єктах була застосована однокомпонентна
струменева технологія.
Відповідно до поставлених в дисертаційній роботі завдань для вивчення
ефективних залежностей між діаметром колони і технологічними параметрами
дослідні дані були, в першу чергу, розділені за типом ґрунтів - незв'язні і зв'язні:
піски і гравій, супісок і суглинок. Наступним етапом були виділені: тиск струменя
65

цементного розчину, витрати цементного розчину, швидкість підйому робочого
інструмента і енергія струменя.
Всі залежності побудовані як функції отриманого діаметру ґрунтоцементної
колони, як основного досліджуваного геометричного параметру.
Тиск цементного струменя - Діаметр

Рисунок 2.11 - Залежність діаметра ґрунтоцементної колони від тиску струменя
в незв'язних ґрунтах (пісок, гравій)
На рисунках 2.11 і 2.12 наведені залежності діаметра ґрунтоцементної колони
від тиску струменя цементного розчину. Оскільки тиск струменя важливий, але не
єдиний технологічний параметр, який впливає на формування колони, на графіках
показані усереднені границі застосованого тиску для того чи іншого діаметру в
різних типа.
66

Рисунок 2.12 - Залежність діаметра ґрунтоцементної колони від тиску струменя
в зв'язних ґрунтах (супісок, суглинок)
Аналізуючи дані на графіках (рис. 2.11 і 2.12) можна зробити наступні
висновки:
- для однакових діапазонів тиску струменя (наприклад, 35-45 МПа) діаметри
для незв'язних ґрунтів перевищують діаметри колон в зв'язних ґрунтах (1,2-1,4
м в порівнянні з 0,7-1,0 м), що пов'язано з великим опором зв'язного ґрунту до
руйнування його структури високонапірним струменем цементного розчину,
- якщо для незв'язного ґрунту діапазон діаметра колон варіюється від 0 , 6 до
1,5 м, то для зв'язного - від 0,5 до 1,1 м, більш великі діаметри виконуються зі
зменшенням таких технологічних параметрів, як швидкість обробки ґрунту,
- область робочих параметрів тиску струменя для однокомпонентної
струменевої технології для незв'язних ґрунтів - 25-45 МПа, для зв'язних ґрунтів
- 30-50 МПа.
Витрати цементного _розчину - Діаметр
Витрата цементного розчину на погонний метр колони є одним з економічних
показників, оскільки при перевитраті цементу для досягнення
проєктних геометричних параметрів ґрунтоцементної колони струменева
цементація втрачає свою економічну доцільність.
67

Рисунок 2.13 - Залежність діаметра ґрунтоцементної колони від витрат
цементного розчину в незв'язних ґрунтах (пісок, гравій)

Рисунок 2.14 - Залежність діаметра ґрунтоцементної колони від витрат
цементного розчину в зв'язних ґрунтах (супісок, суглинок)

Порівнюючи побудовані області зміни витрат цементного розчину в
залежності від діаметра, можна зробити такі висновки:
- діапазон зміни витрати цементного розчину для незв'язних ґрунтів - 0,13-0,25 м
/хв для діаметра колони 0,7-1,5 см, для зв'язних ґрунтів -

0,7-2,0 м /хв для діаметра 0,6-1,0 м.
- витрати цементного розчину і швидкість підйому інструменту безпосередньо
впливають на міцність ґрунтоцементного матеріалу.
68

Описана залежність, як і попередня і подальші, показує, що для
однокомпонентної технології діаметри виконаних ґрунтоцементних колон в
незв'язних ґрунтах перевищують максимальний діаметр в зв'язних в 1,5 рази.
Швидкість підйому інструмента - Діаметр
Швидкість підйому монітора є одним з факторів, що впливають не тільки на
діаметр одержуваної колони струменевої цементації, а й на міцність
ґрунтоцементного матеріалу (рис. 2.8, 2.9).
При неправильному виборі швидкості, наприклад, занадто великої для певного
типу ґрунту, не тільки не буде створена колона заданих геометричних параметрів,
але й в ґрунтоцементному матеріалі залишиться великий відсоток не
перемішаного ґрунту (рис. 2 .2 , б), який в свою чергу знизить значення міцності
матеріалу на стиск.

Рисунок 2.15 - Залежність діаметра ґрунтоцементної колони від швидкості
підняття гідромонітора в незв'язних ґрунтах (пісок, гравій)

69

Рисунок 2.16 - Залежність діаметра ґрунтоцементної колони від швидкості
підняття гідромонітора в зв'язних ґрунтах (супісок, суглинок)
По областях точок були побудовані криві лінії, що апроксимують вихідні дані
на основі рівняння регресії. Апроксимація визначалася за методом найменших
квадратів
По побудованим кривим проведемо кореляційний аналіз для отримання
коефіцієнта кореляції. Призначення кореляційного аналізу зводиться до
виявлення наявності залежності між різними факторами. Тобто, визначається, чи
впливає зменшення чи збільшення одного показника на зміну іншого.
Якщо залежність встановлена, то визначається коефіцієнт кореляції. На
відміну від регресивного аналізу, це єдиний показник, який розраховує даний
метод статистичного дослідження. Коефіцієнт кореляції варіюється в діапазоні від
+1 до -1. При наявності позитивної кореляції збільшення одного показника сприяє
збільшенню другого. При негативній кореляції збільшення одного показника
тягне за собою зменшення іншого. Чим більше модуль коефіцієнта кореляції, тим
помітніше зміна одного показника відбивається на зміні другого. При коефіцієнті
рівному 0 залежність між ними повністю відсутня.
Для кривої залежності швидкість підйому та діаметр коефіцієнт
70

кореляції для піску: -0,843, для гравію: -0,904; для суглинку: -0,794, для супіску: -
0,810. Всі значення коефіцієнтів від’ємні, тобто при збільшенні швидкості
підйому діаметр буде зменшуватися.
На рисунках 2.8 та 2.9 на кривих залежностей визначені та показані значення
коефіцієнта детермінації. Коефіцієнт детермінації для моделі з константою
приймає значення від 0 до 1. Чим ближче значення коефіцієнта до 1, тим сильніше
залежність. При оцінці регресійних моделей це інтерпретується як відповідність
моделі даних.
Для кривої залежності швидкість підйому та діаметр коефіцієнт
2 2
детермінації: для піску: R =0,872, для гравію: R =0,874; для суглинку:
2 2
R =0,836, для супіску: R =0,933.
Розглядаючи побудовані залежності для двох типів ґрунтів, можна зробити такі
висновки:
- отримані діаметри ґрунтоцементних колон при обробці незв'язного ґрунту
більше, ніж при таких же параметрах в зв'язному ґрунті. Це пов'язано, в свою
чергу, з міцністю ґрунту і опором руйнуванню високонапірним струменем;
в незв'язнихґрунтах для діапазону діаметра 0,7-1,5 м- діапазон
швидкості підйому 0,10-0,65 м/хв;
- в зв'язних ґрунтах для діапазону діаметра 0,5-1,1 м - діапазон швидкості
підйому 0,10-0,45 м/хв;
- закономірність "чим вище швидкість - тим менше діаметр" відноситься до
всіх типів ґрунту,
- для однакових діаметрів, наприклад, 0,90 м в пісках швидкість підйому буде
0,37 м/хв, в гравії - 0,40 м/хв, а для створення колони такого діаметру в зв'язних
ґрунтах часу на виконання буде затрачено більше: в суглинку швидкість підйому -
0,23 м/хв, а в супіску - 0,17 м/хв. Або в перерахунку на час виконання 1 метра
погонного ґрунтоцементної колони: в пісках - 2,7 хв, в гравії - 2,5 хв, в суглинку -
4,4 хв, в супіску - 6,0 хв - для зв'язних ґрунтів часу на виконання буде витрачено в
два рази більше.
71

Отримані графіки (рис. 2.12, 2.13) не тільки узагальнюють залежність між
геометричною характеристикою ґрунтоцементної колони і технологічним
параметром, але і дозволяють полегшити підхід для вибору робочих параметрів
бурового інструменту.
Виходячи з типу ґрунту в прикладі - піщані ґрунти, крок підйому
гідромонітору обираємо 4 см.

Час підйому гідромонітора це співвідношення часу на крок ікрок та висоти
кроку (в нашому випадку Ьпід = 4 см):
ee
На основі розрахунків можемо зробити висновок, що для виконання
ґрунтоцементної колони діаметром 0,80 м в піщаних ґрунтах гідромонітор
необхідно піднімати з кроком 4 см, витрачаючи на крок приблизно 6 с.

Енергія струменя цементного _розчину - діаметр
Одним з найважливіших параметрів струменевої цементації є енергія
струменя. Енергія розраховується шляхом добутку тиску струменя на витрати
струменя і на час підйому гідромонітора:

де Рстр ■ Qр- потужність струменя на виході із сопла і ґпід - час прикладання
струменя (або час підйому).
Багато авторів і компаній неодноразово відзначали різні залежності енергії
струменя від діаметра одержуваної ґрунтоцементної колони, бо чим вище енергія,
тобто її руйнуюча здатність, тим більше руйнуючий радіус струменя цементного
розчину.
При обробці і аналізі практичних даних мною були отримані залежності, що не
збігаються з описаними раніше в літературі і наукових працях.

72

Рисунок 2.17 - Залежність діаметра ґрунтоцементної колони від енергії струменя
цементного розчину в незв'язних ґрунтах (пісок, гравій)

73

Рисунок 2.18 - Залежність діаметра ґрунтоцементні колони від енергії струменя
цементного розчину в зв'язних ґрунтах (супісок, суглинок)
Для кривої залежності енергія струменя та діаметра коефіцієнт кореляції для
піску: 0,771, для гравію: 0,861; для суглинку: 0,829, для супіску: 0,874. Всі
значення коефіцієнтів від’ємні, тобто при збільшенні швидкості підйому діаметр
буде зменшуватися. На рис. 2.10 та 2.11 на кривих залежностей визначений та
показаний значення коефіцієнта детермінації. Для кривої залежності енергія
2
струменя та діаметра коефіцієнт детермінації: для піску: R =0,852, для гравію:
2 2 2
R =0,843; для суглинку: R =0,849, для супіску: R =0,816.
Таблиця 2.4 - Середні значення енергетичної ефективності та об'ємної
ефективності для однокомпонентної струменевої цементації
Енергетична Об'ємна
ефективність, ефективність,
Ґрунт
о о
м /МДж МДж/м
Г равій з піщаним заповнювачем 0,067-0,100 10-15
0,033-0,067 15-30
Від гравійного піску до мулистого піску
Від піщаного мулу до глинистого мулу
0,020-0,033 30-50
(низької консистенції)
Від піщаного мулу до глинистого мулу
<0,025 >50
(високої консистенції)

Згідно з розрахунком за допомогою побудованої кривої залежності енергії
струменя від діаметру ґрунтоцементної колони отримуємо для енергії струменя
10,7 МДж діаметр 0,87 м. Відповідно до формули розрахунку діаметру,
розробленої італійськими вченими, для того ж значення енергії - діаметр
становить 0,93 м, що більше діаметру, розрахованого за формулою
експериментальної кривої діаметр-енергія (рис. 2 .1 0 ).
Виходячи з того, що використані дані були взяті з вже виконаного об'єкта, де
фактичний діаметр колони становив 0,70 м, необхідно прийняти до уваги
поправку на водонасичений ґрунт з понижуючим коефіцієнтом 0,81, тобто
74

відношення фактичного діаметру до діаметру, розрахованого за побудованою
кривою залежності діаметра від енергії (рис. 2.23), дорівнює 0,70/0,87=0,81.
Беручи до уваги висловлювання G. Modoni та P. Croce [62] про відповідність
розрахункових діаметрів та діаметрів виконаних колон - різниця може сягати до
±2 0 %, тому вибір на етапі проєктування має врахувати мінімальне значення
такого очікуваного діапазону змін (тобто використовувати значення 0,8D).
Даним розрахунком підтверджено практичне значення отриманих кривих
залежностей діаметра ґрунтоцементної колони від енергії струменя цементного
розчину.
Технологія струменевої цементації використовується для досягнення різних
будівельних і геотехнічних цілей, оскільки дозволяє створити елементи різної
конфігурації та довжини в різних за складністю інженерно-геологічних умовах.
Проєкт з використанням струменево-цементаційних елементів, як і будь-який
інший проєкт, повинен бути розроблений з урахуванням всіх кроків, починаючи
від характеристики будівельної ділянки до оцінки фінансових витрат. Але у
порівнянні з іншими традиційними геотехнічними спорудами, слід зазначити, що
технологічні аспекти струменевої цементації відіграють більш важливу роль.
До звичайного процесу проєктування необхідно додати специфічні аспекти,
пов'язані з струменевою цементацією:
- вибір типу струменевої цементації,
- оцінка параметрів обробки ґрунту,
- прогнозування розмірів і міцності струменево-цементаційних елементів.
- аналіз можливого небажаного впливу на навколишні будівлі та споруди.
Кращим варіантом для інженера буде поєднання теоретичних і технологічних
знань, для того щоб на практиці можливими рішеннями забезпечити безпеку,
функціональність і економічну доцільність.

75

Таблиця 2.5 - Середні значення ефективності
Енергетична Об'ємна
Ґрунт ефективність, ефективність,
м /МДж МДж/м
Гравій з піщаним заповнювачем 0,067-0,100 10-15
Від гравійного піску до мулистого піску 0,033-0,067 15-30
Від піщаного мулу до глинистого мулу 0,020-0,033 30-50
(низ.конс.)
Від піщаного мулу до глинистого мулу
<0,025 >50
(високої консистенції)
Згідно з розрахунком відповідно до побудованої кривої залежності енергії
струменя від діаметру ґрунтоцементної колони отримано для енергії струменя
10,7 МДж величину діаметра 0,87 м. Відповідно до формули розрахунку діаметру,
розробленої італійськими вченими, для того ж значення енергії - діаметр складає
0,93 м при фактичному 0,70 м .
Досліджена в роботі методика визначення діаметру ґрунтоцементної колони в
залежності від енергії цементного струменя дає найближчий результат до
фактичного значення діаметру колони, виконаної в водонасичених пісках.
Наступне найближче значення у французької, останнє - у італійської.
Необхідно зазначити, що використання методу розрахунку французької
компанії неможливо за її межами, оскільки розроблені коефіцієнти для кожного
типу ґрунту - є інтелектуальною власністю і використовуються виключно
всередині компанії.
Метод розрахунку діаметру італійських вчених заснований на енергетичній
ефективності виконання ґрунтоцементної колони, що визначається як
співвідношення об’єму колони до витраченої енергії на її виконання. Тобто для
використання даного методу необхідно мати велику практичну базу досліджених
ґрунтоцементних елементів в різних типах ґрунтів для точного визначення
значення ефективності. При відсутності напрацьованих практичних значень
можна використати табличні значення (табл. 2.5), але типи, що представлені в ній,
не розповсюджені на території України, що і є основною складністю застосування
італійської методики.
76

Застосування розробленої методики розрахунку в різних типах ґрунту Для
порівняння використання побудованих кривих залежності енергії струменя від
діаметру ґрунтоцементної колони в різних типах ґрунтів були зроблені
розрахунки для різних об’єктів, а результати занесені в таблицю 2.7.
Таблиця 2.7 - Розрахункові значення діаметрів ґрунтоцементних колон
Розрахунковий діаметр, м
№, Проєктний Фактичний Методика Методика
Об'єкт Тип ґрунту Власна
п/п діаметр, м діаметр, м G. Modoni компанії
методика та Р. Soletanche
Croce Bachy
с.
1 Гавронщина, Пісок 0,60 0,70 0,87 0,93 0,88
Київська обл.. водонасичений
"Будівля
2 банку Суглинок м 0,70 0,80 0,91 0,89 0,99
УніверсальнийЯкопластичний 0,75
", м. Львів заторфований 0,9
"Будівля Супісок
3 Лейпциг", м. лесоподібний, 0,60 0,60 0,74 0,79 0,79
Київ просідний
"Андріївська Супісок
4 церква", м. пилуватий 0,60 0,60 0,74 0,79 0,79
Київ твердий
Пісок
Будівля
пилуватий,
5 "Гостинний 0,60 0,68-0,70 0,88 0,94 0,89
низького
двір", м. Київ водонасичення
Порівняльною таблицею застосування розробленої в дисертаційній роботі
методики визначення діаметру струменево-цементаційної колони та двох інших
для різних типів ґрунту ще раз було доведено, що отримані розрахункові значення
діаметрів за власною методикою є найближчими до фактичних.
В залежності від отриманих по розробленій методиці результатів та
результатів замірів діаметрів ґрунтоцементних колон в різних типах ґрунтів
введемо коригуючі коефіцієнти (співвідношення розрахункового та фактичного
діаметрів) (табл. 2.8): для пісків та супісків - 0,80, для суглинків - 0,9. Для
заторфованих ґрунтів та для інших типів суглинків необхідно провести додаткові
дослідження з замірюванням виконаних ґрунтоцементних колон.
Висновки за розділом 2

В результаті проведених досліджень підтверджено, що всі параметри в
струменево-цементаційному процесі пов'язані між собою. І всі параметри, в тій чи
77

іншій мірі, беруть участь в реалізації емпіричних і чисельних методів оцінки
діаметра ґрунтоцементного елемента.
На основі дослідних даних виконано аналіз взаємозв’язку технологічних
параметрів струменевої цементації та діаметру ґрунтоцементної колони в різних
типах ґрунтів. Дослідні дані розділено по типу ґрунтів - незв'язні і зв'язні: піски і
гравій, супісок і суглинок. Серед технологічних параметрів обрано наступні: тиск
цементного струменя, витрати розчину, швидкість підйому інструмента та однин
з найважливіших параметрів - руйнівна енергія струменя.
Аналіз залежності "тиск цементного струменя - діаметр" дав наступні
висновки:
- при однаковому тиску струменя цементного розчину діаметри в незв'язних
ґрунтах перевищують діаметри колон в зв'язних ґрунтах, що пов'язано з
великим опором зв'язного ґрунту руйнуванню;
- область робочих параметрів тиску струменя для однокомпонентної
струменевої технології для незв'язних ґрунтів - 25,0-45,0 МПа, для зв'язних
ґрунтів - 30,0-50,0 МПа.
При досліджені залежності "витрати цементного розчину - діаметр"
основний пункт, який необхідно виділити - на руйнування зв’язних ґрунтів
витрачається більша кількість розчину.
Добуток тиску на витрати цементного розчину дадуть потужність струменя,
що в свою чергу, дозволить обрати високонапірний насос з відповідними
робочими параметрами.
На основі отриманих залежностей технологічних параметрів від діаметру
ґрунтоцементної колони, проаналізовано методику визначення діаметру в
залежності від типу ґрунту, тиску струменя, швидкості підйому гідромонітору та
витрат цементного розчину.

78

Розділ 3. Технологічні рішення при виконанні підсилення існуючих
фундаментів при реконструкціїї будівель та споруд ін`єкційною технологією
3.1 Вплив процесу струменевої цементації на фізико-механічні
характеристики навколишнього масиву

Після вивчення і дослідження взаємозв’язку технологічних параметрів
струменевої цементації та порядку розрахунку діаметра ґрунтоцементної колони
залишається питання про вплив виконання струменево-цементаційних елементів
на оточуюче ґрунтове середовище.
Високонапірний струмінь, завдаючи удари по ґрунту, руйнує його вихідну
структуру і, згідно з дослідженням Канематцу в роботі [82], зони високонапірного
струменя (в дослідній роботі струменя води) представляють собою: зона 1 - ядро,
гідродинамічний тиск в якій постійний; зона 2 - проміжна зона і, як правило,
відстань до кінця зони 2 дорівнює 300 діаметрів сопла; зона 3, де потік втрачає
фокусування, стає переривчастим і починають переважати кавітаційні ефекти
(рис. 3.1).

Рисунок 3.1 - Характеристики водного струменя по Канематцу

79

Розподіл гідродинамічного тиску в зоні 3 уздовж осі струменя зменшується з
відстанню за експонентою. Якщо випустити струмінь води в щільне середовище
або чисту воду, то виявляється, що зони 3 не існує. Ця обставина характерна для
більшості випадків струменевої цементації.
Високий тиск призводить до змішування ґрунту і безперервного його
руйнування в межах радіусу впливу струменя. Отже, ґрунтуючись на своїх
висновках, Канематцу припустив, що застосування струменевої цементації не
впливає на напружено-деформований стан в ґрунті за межами радіуса впливу.
Фактично, навіть при роботі з дуже високим тиском, процес ін'єкції призводить
тільки до збільшення тиску в межах області, що руйнується (зона 1 і 2). Таку ж
думку підтримують в своїх роботах С. С. Ковіл і А. Є. Скіннер [60].
У той же час практикуючі організації, ґрунтуючись на дослідних даних,
показали, що виконання струменево-цементаційних елементів круглого перетину
впливає на оточуючий їх ґрунтовий масив за межами цих елементів [102].

Рисунок 3.2 - Щільність ґрунту навколо колони струменевої цементації в
залежності від радіальної відстані

80

Максимальний вплив високонапірного струменя на навколишній ґрунтовий
масив спостерігається на відстані 10 і 30 см (зразки сі і с2), граничний вплив на
фізико-механічні характеристики ґрунту спостерігаються на відстані 110 см (с6),
130 см (с7) та 150 см (с8).
Таким чином, в практиці застосування струменевої технології є два
діаметрально протилежних твердження про вплив на оточуюче ґрунтове
середовище під час виконання ґрунтоцементних елементів. Дослідження цього
питання було внесено до переліку завдань дисертаційної роботи, щоб на практиці
підтвердити вплив високонапірного струменя на оточуючий ґрунтовий масив за
межами ґрунтоцементної колони.
Для вивчення впливу виконання елементів струменевої цементації на навколишній
масив ґрунту в даному розділі будуть представлені дослідні дані з об'єктів, де
виконувалось підсилення ґрунтової основи фундаменту струменево-
цементаційними колонами на території України. Для вирішення поставленого
завдання з дослідження впливу на оточуюче ґрунтове середовище паралельно
виконувалося лабораторне випробування матеріалу ґрунтоцементних колон.
Підсилення фундаментів будівлі Банку «Універсальний» в м. Львові
(заторфовані суглинки)
Проєкт підсилення, а також роботи з даного об'єкту були виконані СП
"Основа-Солсиф" в 2006 році. Будівля, що підсилювалася, належить Банку
"Універсальний" і знаходиться в м. Львові по проспекту Шевченка, 27.
Реконструйована чотириповерхова будівля (рис. 3.3) побудована з цегли і
каменю в 1909 році. Фундаменти під зовнішні та внутрішні стіни - стрічкові,
цегляні на бетонних подушках товщиною 300 мм, ширина плит стрічкових
фундаментів під зовнішніми та внутрішніми стінами дорівнює 2,6 м. Зовнішні та
внутрішні стіни - несучі з повнотілої цегли.
У зв'язку з погіршенням фізико-механічних характеристик ґрунтів внаслідок їх
водонасичення будівля до реконструкції зазнала значних вертикальних
деформацій (30-80 мм), про що свідчать вертикальні і похилі тріщини на стелях, в
81

перекриттях і в несучих стінах будівлі. Підземні води залягають на глибині 3,6-3,9
м від поверхні землі безпосередньо під підошвою фундаменту.

Рисунок 3.3 - Будівля банку Рисунок 3.4 - Схема підсилення
"Універсальний", м. Львів фундаментів
Проєктне рішення складалося з улаштування струменево-цементаційних колон
в основі фундаментів таким чином, щоб при обраному куті нахилу буріння колони
були максимально наближені до осі фундаментів для рівномірного розподілу на
них навантаження від будівлі. Проєктний діаметр колон складає 700 мм. Довжина
колон (7-8 м) приймалася в залежності від геологічних умов майданчика за умови,
що нижня частина колони заходила в шар мергелю. Принцип влаштування колон
струменевого ін'єктування показаний на рисунку 3.4.
На об'єкті підсилення фундаментів будівлі в м. Львові по проспекту Шевченка,
27, були відібрані зразки ґрунту, що оточує колони (рис. 3.5), і виконано
лабораторні тести на визначення фізико-механічних характеристик зразків (рис.
3.6, 3.7).
За результатами попередніх інженерно-геологічних досліджень ґрунти, що
залягають під підошвою фундаментів, представлені суглинком м'якопластичним
82

темно-сірим, коричнево-сірим з домішками органічних речовин, з лінзами і
прошарками глин слабозаторфованих.

Рисунок 3.5 - Фактичні розміри Рисунок 3.6 - Відбір зразків ґрунту

Рисунок 3.7 - Схема відбору ґрунтових зразків
Кількість зразків, відібраних в прилеглому до колон ґрунтовому масиві, склало
13 (рис. 3.7), ще 3 зразка було відібрано в природному (непорушеному) заляганні
ґрунту для порівняння. На момент відбору кілець з ґрунтовим матеріалом колони
№ 34 і 35 мали вік 67 і 69 діб відповідно.
З огляду на те, що колони струменевої цементації виконувалися в ґрунті з
заторфованими прошарками, в навколишньому ґрунтовому масиві спостерігалися
прошарки пульпи товщиною 20-30 см (рис. 3.9). Такі прошарки послужили
додатковим армуванням ґрунту і для визначення впливу їх утворення на ґрунт
були відібрані додаткові 4 ґрунтових кільця на відстані 5 і 10 см вище і нижче
прошарку (рис. 3.8).
83

Рисунок 3.8 - Вихід пульпи в ґрунт Рисунок 3.9 - Прошарок пульпи
(насипний ґрунт) на відстані 1,5 м від колони над залізобетонною плитою
В якості визначального чинника для порівняння змін в ґрунтовому масиві було
обрано значення щільності, для кількох відібраних зразків були також визначені
зчеплення і кут внутрішнього тертя. Результати лабораторних випробувань
ґрунтів наведено в таблиці 3.1.
Таблиця 3.1 - Фізико-механічні властивості відібраних зразків ґрунту
Питоме Кут
Розташуванн Відстань від Щільність, зчепленнявнутрішньо
Номер Вологість
я зразків поверхні т/м3 , го тертя,
проби*
зверху- вниз колони, мм МПа град
У Ж с Ф
к6 50 1,81 0,333
7 100 1,87 0,310 0,038 8
1-й ряд 61 150 1,96 0,352 0,028 16
11 200 1,89 0,420
к6л 250 1,83 0,392

14 50 1,71 0,399
2-й ряд 110 100 1,73 0,860 0,020 19
3 150 1,80 0,398

19 50 1,73 0,424
3-й ряд 24 100 1,74 0,350 0,026 10
43 150 1,75 0,369

Між 5л 45 1,84 0,357
84

колонами
№34 и 35 10л 45 1,82 0,358

7 вгору на 50 1,58 0,246
В області
1л вгору на 100 1,56 0,244
розташуванн
л4 вниз на 50 1,58 0,221
я пульпи
2л вниз на 100 1,49 0,276
За даними лабораторних випробувань зразків непорушеної структури в
природному заляганні щільність дорівнює 1,66, 1,68 і 1,72 т/м відповідно для 1, 2 і
3 зразків, вологість - 0,500, 0,481 і 0,505, кут внутрішнього тертя був визначений
тільки для 1-го і дорівнював 6°, зчеплення 0,019 МПа (табл. 3.2).
Таблиця 3.2 - Фізико-механічні характеристики зразків ґрунту
непорушеної структури
Питоме Кут
Розташування Відстань від Щільність, зчепленнявнутрішньо
Номер Вологість
зразків зверху- поверхні т/м3 , го тертя,
проби*
вниз колони, мм МПа град
7 Ж с Ф
Зразок 1 - 1,66 0,500 0,019 6
непорушеної 2 - 1,68 0,481 - -
структури 3 - 1,72 0,505 - -
Графічно результати дослідження розподілу щільності ґрунтових зразків в
залежності від відстані від поверхні колон струменевого ін'єктування показані на
рисунку 3.10.
85

Рисунок 3.10 - Залежність зміни щільності ґрунту між ґрунтоцементними
колонами від відстані до поверхні колони
На графіку спостерігається наступний розподіл щільності зі зміною відстані
від поверхні колони: в зоні 0-150 мм від поверхні колони відбувається
розущільнення ґрунту в процесі, коли ґрунтоцементний матеріал знаходиться в
рідкому стані; 150 мм - максимальна межа впливу струменя розчину під час
формування колони (отримані максимальні значення зміни фізико-механічних
характеристик ґрунтових зразків); на відстані 150-250 мм визначається зона
зниження впливу високонапірного струменя на щільність ґрунту (це характерно
для 1-го ряду).
Сам процес формування виділених зон полягає в наступному: при проходженні
високонапірного струменя цементного розчину в ґрунті утворюється
циліндричний елемент, заповнений ґрунтоцементною сумішшю, велика частина
енергії струменя витрачається на руйнування і перемішування ґрунту. На межі
утвореного елемента потужність струменя падає, але він ще здійснює деякий тиск
на ґрунтовий масив, відбувається ущільнення навколишнього ґрунту на певну
максимальну відстань впливу. Після формування струменево-цементаційного
елемента і знаходженні його в рідкому стані формується зона розущільненого
ґрунту на деякій відстані від поверхні колони до максимальної відстані дії
струменя на ґрунтовий масив. Слідом за межею максимального впливу
відбувається поступове зниження щільності до його початкових значень.
86

Слід зазначити, що дане явище спостерігається лише на досліджуваній ділянці
в заторфованому суглинку.
При порівнянні значень щільності ґрунту природного залягання і ґрунту з зон
впливу високонапірного струменя можна зробити наступні висновки:
- в зоні розущільнення ґрунту щільність суглинку в порівнянні з її
максимальними значеннями знижується на 2...8%, відповідно з 1,96 до
Зз1,81 т/м і з 1,75 до 1,73 т/м для 1-го і 3-го рядів відібраних ґрунтових зразків;
- у порівнянні із середнім значенням щільності суглинку з домішками
-
органічних речовин в природному заляганні (1,69 т/м ) максимальне збільшення
щільності ґрунту після впливу на нього високонапірного
струменя склало 16 % (1,96 т/м ); мінімальне - 4 % (1,75 т/м );
- щільність ґрунту, що знаходиться між двома виконаними колонами,
збільшилася на 9 % в порівнянні з середнім значення щільності при
природному заляганні (з 1,69 до 1,84 т/м );
- пульпа, витісняючи слабкі заторфовані прошарки ґрунту, ущільнила на 6 %
навколишній масив насипного шару на відстані 50 мм в порівнянні з ґрунтом,
3
розташованим в розглянутій площині на відстані 100 мм (з 1,49 до 1,58 т/м );
Дослідження зразків ґрунтоцементного матеріалу колон Для визначення
міцності на стиск матеріалу ґрунтоцементної колони в її поперечному перерізі
відібрані зразки для випробувань. На момент відбору кернів колони мали вік 67 і
69 діб. Відбір виконувався за допомогою установки НЇИі. Діаметр керна становив
104 мм.
Зразки з відібраного керна (рис. 3.11, 3.12) були випробувані в Центральній
лабораторії скельних ґрунтів підприємства "Північгеологія" м. Києва. Результати
занесені в таблицю 3.3.
87

Рисунок 3.11 - Бурова машина для Рисунок 3.12 - Відбір кернів з колони
свердління бетону НІШ
Таблиця 3.3 - Результати значень міцності на стиск дослідних зразків
ґрунтоцементу
№
3
* Середня щільність, г/см Пористість, % Міцність на
зразка стиск, МПа
і 2,64 54,34 3,7
2 2,66 52,26 6,5
3 2,66 53,38 6,7

Рисунок 3.13 - Відібраний керн 0104 мм, довжиною 320 мм (зліва-направо
напрямок від краю до центру колони)

Лінзи пульпи, виявлені в оточуючому колони ґрунті з різним ступенем
заторфованості в свою чергу створили ефект "ін'єкції ґрунтів" і послужили
додатковим фактором покращення структури основи фундаментів.
88

При виконанні підсилення фундаментів методом струменевої цементації не
було відзначено додаткових деформацій будівлі внаслідок роботи бурової
машини.
3.2 Технологічні рішення підсилення фундаментів будівель при
реконструкції в історичному центрі м. Київ.
Досліджувана ґрунтова основа - основа реконструйованої будівлі - ресторану
«Лейпциг» на перетині вул. Володимирської та Прорізної. Будівлю (колишній
прибутковий будинок) побудовано в 1900 р. (рис. 3.14, 3.15). Будівля і
фундаменти цегляні. У зв'язку з різницею відміток рельєфу будівля має різну
поверховість (5-6 поверхів). Під усім будинком розташовані підвали. З 1989 р.
будівля не експлуатується. При обстеженні стану конструкцій будівлі відзначені
поздовжні і поперечні тріщини з максимальним розкриттям до 1030 мм в несучих
стінах.

Рисунок 3.14 - Будівля, що Рисунок 3.15 - Виконання колон
реконструюється
В геоморфологічному відношенні досліджена ділянка розташована на схилі
корінного лесового плато, що знижується в напрямку Хрещатицької балки.
Геологічна будова представлена насипними ґрунтами (супісок з включенням
будівельного сміття) потужністю 1-3 м, супіском лесоподібним, потужністю 6-13
м, бурою глиною - 8-9 м; бурою неоднорідною глиною до
2.5 м, глиною і піском полтавської світи. Підземні води розкриті на глибинах 9-
89

11,6 м в межах абсолютних відміток 167.61-173.97 м. Водовмісними є моренні
суглинки з прошарками піску. Водоупором служить глина бура і строката.
Проєкт підсилення фундаментів будівлі "Лейпциг", що реконструюється, був
розроблений і виконаний в 2004 році. Згідно з проєктом під усіма несучими
стінами будівлі по обидва боки цегляного фундаменту струменевим ін'єктуванням
виконані колони діаметром 600 мм, під кутом 3°, довжиною 13,0 м і з кроком від
1,2 до 2,4 м (рис. 3.16, 3.17).

Дослідження зразків ґрунту в міжколонному просторі
В кінці 2010 року НДІБК провели роботи з визначення несучої здатності
конструкції «джет-колон» (колони струменевого ін'єктування) і дослідження
матеріалу, відібраного з тіла колон і навколишнього ґрунтового масиву.
З внутрішнього двору будівлі розкриті 3 струменево-цементаційні колони (№
166, 167, 168). У просторі між №167 і №166 були відібрані 20 кільцевих зразків
ґрунту (рис. 3.18).
Кільця для відбору зразків ґрунту розташовувалися на відстані:
- 1 і 5 - 50 мм від поверхні колони;
- 2 і 4 - 225 мм;
- 3 - 450 мм.
90

Зразки, відібрані з позицій 2 і 4 (225 і 450 мм від поверхні колони) не мали
суттєвих відмінностей між собою. Характеристики зразків 1 і 5 (50 мм від
поверхні колони) показали зміни в бік покращення в порівнянні із зразками 2 і

Рисунок 3.18 - Схема відбору проб ґрунту
Досліджуваний ґрунт - супісок лесоподібний, світло-коричневий, легкий
пилуватий, в водонасиченому стані текучий, макропористий, просідний.
Результати лабораторних досліджень занесено в таблицю 3.4.
Таблиця 3.4 - Результати лабораторних досліджень
ІГЕ—2* (1 та
ІГЕ-2 (2 та 4) 5)
Природна вологість Ж = 0,12 Ж = 0,135
Вологість на границі текучості Жь = 0,24 Жь = 0,28
Вологість на границі розкочування ЖР = 0,21
Число пластичності ІР = 0,075
Показник текучості Іь< 0 Іь< 0
Показник текучості при коеф. водонас. & = 0.9, Іь> 1 & = 0,9, Іь> 1
Щільність часток ґрунту о о
ра = 2,66 Г/СМ ра = 2,66 г/см
3 3
Щільність ґрунту р = 1,52 г/см р = 1,54 г/см
Щільність сухого ґрунту ра = 1,36 г/см ра = 1,355 г/см
Коефіцієнт пористості е = 0,96 е = 0.96
Коефіцієнт водонасичення £. = 0,33 £. = 0,37
91

о о
сГ сГ
II II
£

Початковий тиск просідання Раї = 86 кПа раі = 175 кПа
Кут внутрішнього тертя Фи = 26,5° Фи = 29,5°;
Питоме зчеплення Сц = 7,5 кПа Сіі = 8,5 кПа
Кут внутрішнього тертя Фі = 23,5° ф! = 26°
Питоме зчеплення Сі = 5 кПа Сі = 5,5 кПа
Модуль деформації ґрунту в природному Е = 4 МПа Е = 6 МПа
стані
Модуль деформації ґрунту в водонасич. Е = 3 МПа Е = 5 МПа
стані

Рисунок 3.19 - Графік зміни щільності ґрунту з відстанню від поверхні колон
Необхідно зазначити, що час між виконанням колон струменевою
цементацією і проведенням досліджень ґрунтів становить 6 років, отже,
інженерно-геологічні дані часу виконання підсилення основи не розглядались.
Всі порівняння характеристик зроблено тільки між отриманими зразками в
міжколонному просторі.
Висновки за отриманими результатами:
- максимальна зона впливу на навколишній ґрунтовий масив - 10 см;
- ґрунт зразків 1 і 5 - супісок (ІГЕ-2, число пластичності ІР = 0,04) набув деяких
властивостей глинистого ґрунту, тобто перейшов в легкий пилуватий суглинок
(ІГЕ-2*, число пластичності ІР = 0,075);
92

- питоме зчеплення збільшилось на 12 % (8,5 кПа для зразків 1 і 5 і 7,5 кПа для
зразків 2 і 4);
- кут внутрішнього тертя збільшився на 10 % (26° і 23,5°);
- модуль деформації ґрунту збільшився на 33 % (6 МПа для зразків ІГЕ-2 - 1 і 5,
4 МПа для ІГЕ-2* - 2 і 4);
- помітно знизились значення показників просідання ґрунту - початковий
просадний тиск збільшився з р5і = 86 кПа до р5і = 175 кПа.
Дослідження зразків ґрунтоцементного матеріалу колон.
Ґрунтоцементні колони (рис. 3.20, 3.21) обрізані в площині стіни внаслідок
будівельних робіт, що виконувались на прилеглій території.

Рисунок 3.20 - Загальний вигляд колон на ділянці обстеження
93

Рисунок 3.21 - Схема розміщення кернів та зразків (колони №168, №167, №166)
Міцність матеріалу ґрунтоцементних колон визначалась методом ударного
імпульсу, який відноситься до неруйнівних методів контролю міцності, згідно з
ДСТУ Б.В.2.7-220:2009. Дослідження виконувалося за допомогою приладу
ОНИКС-2.
Визначення міцності бетону виконувалося двопараметричним методом:
одночасно по ударному імпульсу та пружному відскоку, що істотно підвищує
вірогідність вимірювань. Результат формувався після нанесення на контрольній
ділянці конструкції серії до 6-ти ударів з одержанням до 12-ти первинних
результатів (по ударному імпульсі та відскоку) шляхом їхньої подальшої обробки
й обчисленням коефіцієнта варіації. Результати визначення міцності матеріалу
ґрунтоцементних колон наведені в таблиці 3.5.

94

Таблиця 3.5 - Результати визначення міцності матеріалу
№№ Площина Середнє значення
№№
«джет- визначення Міцність матеріалу, R, МПа міцності матеріалу,
кернів
колон» міцності Яср, МПа
1 2 3 4 5
1в-5 5,9; 5,0; 5,9; 5,4; 5,8; 6,1 5,6
1в-10 5,2; 5,2; 5,2; 6,1; 5,1; 5,2 5,3
1в-13 5,9; 4,0; 4,6; 3,8; 6,0; 5,2 4,9
1в
1в-21 6,4; 3,6; 3,9; 5,3; 5,3; 5,4 4,9
1в-26 4,9; 5,2; 5,1; 5,5; 4,7; 5,1 5,0
1в-29 5,5; 4,9; 6,0; 5,4; 4,7; 4,7 5,2
168
1н-2 6,9; 7,4; 5,6; 6,4; 6,0; 6,8 6,5
1н-5 6,6; 6,4; 6,1; 4,5; 6,7; 7,2 6,2
1н-12 6,7; 7,6; 5,7; 6,2; 4,6; 7,2 6,3
1н
1н-20 7,4; 7,7; 5,7; 7,4; 6,7; 6,9 6,9
1н-29 6,2; 5,7; 6,3; 6,6; 6,4; 5,6 6,1
1н-32 7,1; 6,1; 6,7; 7,4; 5,2; 6,0 6,4
2в-2 3,7; 5,3; 4,8; 4,9; 4,6; 4,6 4,6
2в-8 5,0; 5,2; 4,1; 3,2; 4,4; 8,6 4,3
2в-11 6,0; 4,9; 5,4; 4,5; 5,1; 3,9 4,9
2в
2в-18 3,8; 7,0; 7,5; 6,5; 7,2; 6,9 7,0
2в-22 10,6; 10,8; 9,0; 9,7; 9,8; 8,9 9,8
2в-25 11,6; 14,2; 11,2; 14,6; 13,4; 9,0 12,3
167
2н-4 17,8; 12,9; 12,2; 10,0; 17,1; 9,2 11,0
2н-11 6,4; 6,7; 5,9; 6,7; 5,5; 6,4 6,2
2н-14 4,9; 6,2; 5,2; 6,6; 4,4; 5,1 5,4
2н
2н-21 4,6; 5,4; 4,3; 4,5; 4,8; 5,5 4,8
2н-26 4,5; 4,4; 5,0; 5,2; 3,3; 3,0 4,2
2н-29 3,4; 5,7; 4,3; 3,3; 4,0; 3,1 3,6
3в-2 6,3; 6,6; 5,1; 6,5; 4,5; 5,7 5,7
3в-5 5,6; 5,3; 5,9; 6,1; 6,6; 5,4 5,8
3в 3в-17 5,4; 4,2; 5,1; 4,3; 4,9; 4,2 4,6
3в-20 5,2; 4,1; 4,9; 4,2; 3,2; 4,1 4,2
3в-23 4,3; 5,7; 5,1; 4,1; 3,9; 4,3 4,5
3н-4 6,6; 10,7; 10,3; 8,2; 9,9; 7,4 8,8
166
3н-15 6,7; 4,3; 4,6; 5,8; 6,6; 4,7 5,4
3н-18 5,3; 5,8; 5,4; 4,1; 4,1; 3,6 4,7
3н 3н-25 4,5; 4,6; 5,0; 4,9; 4,7; 4,3 4,6
3н-32 5,2; 5,1; 5,0; 5,5; 4,6; 4,7 5,0
3н-35 5,5; 5,1; 4,6; 4,8; 4,7; 4,5 4,8
3н-38 4,7; 4,1; 4,1; 4,5; 4,3; 4,5 4,3
За результатами випробувань міцність матеріалу колон на ділянці підсилення
будинку, що визначена методом ударного імпульсу:
95

• по колоні № 168 (керн 1в) знаходиться в межах 4,9^5,6 МПа;
• по колоні № 168 (керн 1н) знаходиться в межах 6,1^6,9 МПа;
• по колоні № 167 (керн 2в) знаходиться в межах 4,3М2,3 МПа;
• по колоні № 167 (керн 2н) знаходиться в межах 3,6^11,0 МПа;
• по колоні № 166 (керн 3в) знаходиться в межах 4,2^5,8 МПа;
• по колоні № 166 (керн 3н) знаходиться в межах 4,3^8,8 МПа.
Реконструкція пам 'ятника архітектури Андріївська церква в м. Києві
(супіски)
Андріївська церква - пам’ятка архітектури XVIII ст., що побудована у 1747-
1762 рр. І. Ф. Мічуріним за проєктом італійського архітектора Ф.-Б. Растреллі. З
1968 р. Андріївська церква - музей, філіал Національного заповідника "Софія
Київська" (рис. 3.22).
З кінця 2008 року СП "Основа-Солсиф" почала розробку документації з
протиаварійних та ремонтно-реставраційних робіт, що включали в себе
закріплення пагорбу, підсилення фундаментів будівлі та реставраційні роботи
церкви та оточуючих елементів.
Церква зведена на залишках земляної фортеці XVI ст. і стоїть на 14-ти
метровому фундаменті-стилобаті, котрий являє собою двоповерхову будівлю.
Розміри церкви: довжина - 32 м, ширина - 20 м, висота від тераси до вершини
хреста та центрального купола - 50 м. Фундамент являє собою цегляну кладку
потужністю від 3 до 5 метрів.
Ґрунтами основи фундаментів південного, західного та північного фасадів
служать еолово-делювіальні лесові супіски, які мають просадні властивості.
Основою фундаментів східного фасаду слугують моренні суглинки (рис. 3.24).
96

Рисунок 3.22 - Андріївська церков
При візуальному обстеженні будівлі Андріївської церкви та її двоповерхової
стилобатної частини зафіксовані пошкодження окремих ділянок фундаментів та
стін стилобату, тріщини з шириною розкриття до 2.0 мм і довжиною до 6 м,
тріщини в фундаментах та перекриттях, нахили та випирання стін фундаментів,
вивітрювання кладки стилобату. Технічний стан основ та фундаментів за
класифікаційною таблицею Нормативних документів з питань обстежень,
паспортизації, безпечної та надійної експлуатації виробничих будівель і споруд
характеризувався для основ, фундаментів та несучих конструкцій як непридатний
до нормальної експлуатації.
За осіданням фундаментів церкви велися спостереження починаючи з 1987 р. і
впродовж усього періоду робіт з закріплення пагорбу і підсилення фундаментів
церкви.
Середнє осідання будівлі церкви, зафіксоване від початку проведення
будівельних робіт з укріплення пагорбу навколо церкви становить - 6,0 мм,
найбільше - 6,9 мм (південний фасад церкви), найменше - 5,5 мм (північно-
західна частина). Аналіз середніх осідань за 22 роки до початку будівельних робіт
показав, що середнє осідання будівлі церкви становило - 3,3 мм, а за 16
97

місяців проведення будівництва склало - 6,0 мм. При цьому значні осідання (4,0
мм) припадають на початок виконання робіт (осінь, 2010 р.) Останні місяці
спостережень характеризувалися затухаючим характером та стабілізацією
деформацій (рис. 3.23).

Рисунок 3.23 - Процес стабілізації осідань
Проєктне рішення з підсилення фундаментів Андріївської церкви розроблено в
2009 році та представляло собою виконання джет-колон в основі з середини
підпапертного приміщення, із зовнішньої сторони стилобату та з середини
приміщень церкви та стилобату загальною кількістю 259 штук, довжиною від 10,8
до 13,5 м з кутами нахилу від 7° до 13° та діаметром 600 мм з розширенням 800
мм, крок 1,0-2,7 м. Принципову схему підсилення фундаментів церкви показано
на рисунку 3.24.
На рисунках 3.25, 3.26 наведені фотофіксація процесу виконання колон підсилення.
98

Рисунок 3.24 - Схема підсилення фундаментів та геологічні умови майданчика
(північно-східна частина Андріївської церкви)

Рисунок 3.25 - Виконання колон Рисунок3.26 - Колони
струменевого ін'єктування струменевого ін'єктування
99

Дослідження зразків ґрунту в міжколонному просторі В червні 2010 р.
відібрано ґрунтові зразки міх трьома колонами струменевого ін’єктування та
зразок непорушеної структури для визначення зони впливу струменево-
цементаційних елементів на оточуючий ґрунтовий масив (супісок пилуватий)
та проведені дослідження в Геотехнічній лабораторії СП "Основа-Солсиф".
Результати наведено у таблиці 3.6 та на рисунку 3.27.
Таблиця 3.6 - Фізико-механічні властивості відібраних зразків ґрунту
Щільність
Розташування вологого Вологість, Щільність
Номер Відстань від
зразків ґрунту, д.о. сухого
зразку* поверхні колони, мм 3 3
(глибина, м) т/м ґрунту, т/м
У Ж Усі
1 100 (від 1-ї до 2-ї) 1,66 0,130 1,47
2 200 (від 1-ї до 2-ї) 1,66 0,130 1,47
3 300 (від 1-ї до 2-ї) 1,66 0,130 1,47
2,2 4 400 (від 1-ї до 2-ї) 1,64 0,130 1,45
5 700 (від 1-ї до 2-ї) 1,67 0,138 1,47
800 (100 від пов-ні
6 2-ї) 1,67 0,147 1,46

7 60 (від 2-ї до 3-ї) 1,68 0,1 41 1,47
2,5 8 60 (від 3-ї) 1,69 0,152 1,47
9 60 (від 3-ї) 1,72 0,133 1,52
Зразок
непорушеної
структури 10 1,60 0,130 1,42

100

Рисунок 3.27 - Зміна значень щільності вологого ґрунту між двома колонами
струменевого ін’єктування
Ґрунтуючись на отриманих результатах, можна зробити такі висновки:
- на відстані 100 і 150 мм від поверхні 1-ї і 2-ї колон при інженерно-
геологічних вишукуваннях відзначено зростання щільності на 4 і 5 %
відповідно. При відборі зразків на відстані 60 мм від поверхні 3-ї колони
було виміряне збільшення щільності на 5 і 8 % (по обидві сторони від
колони);
- при усередненні отриманих значень щільності ґрунтових зразків в
міжколонному просторі простежується ущільнення ґрунту на 1...7 %.
Коефіцієнт відносного ущільнення у всьому міжколонному ґрунтовому
просторі дорівнює 1,03;
- зони максимального впливу на навколишній ґрунтовий масив
поширюються на 15 і 30 см відповідно від поверхні другої і першої
ґрунтоцементної колони.
Дослідження зразків ґрунтоцементного матеріалу колон
Неруйнівний метод реалізувався за допомогою приладу "ОНИКС-2.5".
В кінці 2010 року ДП НДІБК була проведена технічно-наукова робота з
інструментального дослідження міцнісних характеристик матеріалів будівлі і
струменево-цементаційних підсилюючих елементів.
101

Рисунок 3.28 - Відбір зразків з ґрунтоцементних колон
З колон №229 та 228 були відібрані два керни (рис. 3.28). Результати
випробувань ґрунтоцементного матеріалу показали, що міцність на одноосний
стиск варіювалися від 10,2 до 14,3 МПа.
Підсилення основи при реконструкції приміщення з навісом в станцію з
виробництва продуктів розділення повітря з установкою ВРУ-1400 в м.
Єнакієве (техногенні ґрунти - шлаки доменного виробництва)
Причиною виконання робіт щодо підсилення ґрунтової основи при
реконструкції приміщення з навісом в станцію з виробництва продуктів
розділення повітря з установкою ВРУ-1400 в м. Єнакієве була невідповідність
інженерно-геологічних умов будівельного майданчика раніше виконаним
дослідженням. При проведенні додаткових інженерно-геологічних вишукувань
на стадії розробки робочої документації фундаментів споруд станції виявлено,
що в товщі насипних ґрунтів присутні не ущільнені зони різної потужності на
різних глибинах.
Для зміцнення основи фундаментів і покращення будівельних властивостей
ґрунтів розроблено проєкт підсилення основи ґрунтоцементними палями
(колонами) діаметром 600 мм, глибиною 10 м, виконаних за технологією
струменевої цементації. При цьому необхідна міцність на стиск матеріалу
ґрунтоцементних колон проєктною документацією встановлена на рівні не
менше 2,5 МПа (рис. 3.29, 3.30).
102

Відповідно до програми випробувань ґрунтоцементних паль на майданчику
будівництва ВРУ-1400, для контролю якості виконаних колон СП "Основа-
Солсиф" виконано дві експериментальні колони довжиною 10 м. Дослідні
колони виконано з метою підтвердження правильності обраних технологічних
параметрів технології в фактичних інженерно-геологічних умовах
будівельного майданчика і контролю отримання необхідних геометричних і
міцнісних параметрів.

Рисунок 3.29 – Грунтоцементна колона та інженерно-геологічна колонка
103

Рисунок 3.30 - Виконання дослідних колон буровою установкою Casagrande
С6
Ґрунтові води зустрінуті на глибинах 2,3 м ... 4,8 м від поверхні землі
(абсолютні позначки - 169,80 м...172,20 м) у відкладеннях ґрунтів шару 1
(шлаки насипні) і є водами техногенного походження. Територія оцінюється як
підтоплена.
Дослідні ґрунтоцементні колони Дж-1 і Дж-2 виконані 01.07.2013 р.
У зв'язку з наявністю в насипних шлаках доменного виробництва зон з
різним ступенем ущільнення і підвищеної пористості за фактом виконання
робіт вихід пульпи на поверхню ґрунту зафіксовано в меншому обсязі, ніж
очікувалось. Даний факт обумовлений заповненням пульпою не ущільнених
горизонтальних зон, оточуючих колону, і додаткового ущільнення ґрунтового
масиву за рахунок залишкового тиску пульпи. Отриманий ефект, поряд з
вертикально розташованими стовпами колон, можна охарактеризувати як
додаткове армування основи горизонтальними лінзами ґрунтоцементної
пульпи, що в підсумку призводить до отримання більш високих
деформаційних характеристик основи.

104

Для підтвердження заданих проєктною документацією геометричних
розмірів і суцільності ґрунтоцементного тіла колон проведено візуальні та
інструментальні дослідження дослідних колон.
В процесі візуального обстеження встановлено, що дослідні ґрунтоцементні
колони мають циліндричну форму, розривів суцільності тіла колон не
спостерігається. Виміряні фактичні діаметри верхньої частини колон не менші
встановлених проєктом (600 мм) і складають для колони Дж-1 - 610 мм і для
колони Дж-2 - 620 мм (рис. 3.31, 3.32). Отримані результати підтверджують
правильність вибору технологічних параметрів високонапірного струменевого
ін'єктування.

Рисунок 3.31 - Ґрунтоцементна колонна Дж-1

Рисунок 3.32 - Ширина керна
105

106
Для визначення міцності ґрунтоцементного матеріалу з тіла колони Дж- 1
були відібрані горизонтальні керни на всю довжину діаметра. Керни
відбирались за допомогою машини для свердління бетону (рис. 3.33).

Рисунок 3.33 - Керн з колони Дж-1 (загальна довжина керна 640 мм)
З двох горизонтальних кернів відібрано 4 циліндричних зразка діаметром
120 мм і довжиною 240 мм для лабораторних випробувань матеріалу на
міцність.
Три зразки (№1...3 в табл. 3.8) випробувані в лабораторії ТОВ "Донецький
завод будівельних матеріалів" Астор "в Донецьку (рис. 3.34).
Випробування матеріалу на стиск було виконано за допомогою установки
DIGIMAX Plus CONTROLS.

107

Рисунок 3.35 - Прес гідравлічний
Один циліндричний зразок (№4 у табл 3.8) був випробуваний в лабораторії
СП "Основа-Солсиф" в м. Києві.
Таблиця 3.8 - Результати дослідження
Щільність Міцність,
№, п/п Матеріал Вік, діб.
зразка, кг/м МПа
Ґрунтоцементний
1 24 1800 7,68
матеріалі
Ґрунтоцементний
2 24 1755 4,76
матеріалі
Ґрунтоцементний
3 24 1730 4,80
матеріалі
Ґрунтоцементний
4 29 1730 7,96
матеріалі
Міцність цементно-шлакового матеріалу колони Дж-1 за результатами
лабораторного випробування склала від 4,76 до 7,68 МПа для віку 24 діб і 7,96
МПа для 28 діб при необхідній міцності за проєктом - 2,5 МПа.
Для контролю довжини і суцільності ствола струменево-цементаційного
елементу, відповідно до програми випробувань, в джет-колоні Дж-2 на всю
107

108
довжину відібрано вертикальний керн методом колонкового буріння (рис.
3.36, 3.37).

Рисунок 3.36 - Колона Дж-2 і відбір керна

Рисунок 3.37 - Частини керна, викладені по довжині колони
Відібрані керни по довжині колони (рис. 3.37) підтверджують суцільність
тіла і відсутність розривів при обробці ґрунту високонапірним струменем
цементного розчину. Ґрунтоцементна колона має довжину 10 м.
З частин вибуреного вертикального керна (позначені номерами на рисунку
3.37) відібрано зразки, що задовольняють вимогам випробування
108

109
циліндричних зразків на стиск (довжина=2*діаметр) і випробувані в
будівельній лабораторії СП "Основа-Солсиф". Результати випробувань
Мінімальна міцність цементно-шлакового матеріалу за результатами
лабораторного випробування склала 7,3 МПа, максимальна - 11,2 МПа. Для
цементно-глинистого матеріалу: мінімальна - 7,3 МПа, максимальна - 10,8
МПа.
Не дивлячись на припущення Канематцу [82], що застосування струменевої
цементації не впливає на напружено-деформований стан в ґрунті за межами
радіуса впливу, на основі результатів випробування на трьох будівельних
об'єктах, виконаних на території України, де застосовувалися струменево-
цементаційні елементи, доведено зворотне.
Результати змін фізико-механічних характеристик ґрунтових зразків,
відібраних з області навколо виконаного ґрунтоцементного елемента, занесені
в порівняльну таблицю (табл. 3.10).
Таблиця 3.10 - Порівняння характеристик ґрунтових зразків з різних об'єктів
Фізико-механічні характеристики
№, ґрунту та їх зміна Визначена
Тип ґрунту
п/п 3 Е, зона впливу
у, т/м с, кПа Ф, град
МПа
Суглинок м до
1,69 19 6 -
'якопластичний виконання
заторфований 25 см (макс.
1 приріст +4.. .16% +5.47% +33.216% -
(об'єкт "Будівля вплив - 15
банку см)
після
Універсальний", м. 1,75...1,96 20..28 8.19 -
виконання
Львів)
до
Супісок лесовий, - - - -
виконання
просідний
2 приріст* +2% +13% +11% +50% 10 см
(об'єкт "Будівля
Лейпциг", м. Київ) після
1,52.1,54 7,5...8,5 26,5.29,5 4..6
виконання
до
Супісок пилуватий 1,60 35 24
виконання
твердий
3 приріст +4.8% - - - 15 та 30 см
(об'єкт "Андріївська
церква", м. Київ) після -
1,64.1,72 - -
виконання
109

110
* приріст між максимальним та мінімальним значеннями в зоні впливу
Оскільки на двох об'єктах ґрунт, що був досліджений, - супісок, зробимо
загальний графічний аналіз для визначення зони впливу на оточуюче ґрунтове
середовище при виконанні струменево-ін'єкційних елементів.
Для побудови графіка розрахуємо відносне значення для щільності ґрунту:
у' = , де у - щільність ґрунту, відібраного із зони впливу, уа -
щільність часток ґрунту. Відносне значення розташування зразка ґрунту в
Ь
залежності від міжколонної відстані: Ь' = /в , Ь - відстань розташування
ґрунтового зразку від поверхні ґрунтоцементної колони, В - міжколонна
відстань.
На рис. 3.38 нанесено криву для супіску лесового та дві криві для супіску
пилуватого твердого, в залежності від відносного значення відстані до
поверхні двох колон. Згідно з графіком точка перетину для кривих двох видів
супіску: та . Тобто для відстані між двома
ґрунтоцементними колонами 900 мм (що відповідає відстані на цих двох
об’єктах) - розмір зони покращеного ґрунту складає:

Рисунок 3.38 - Розподіл відносних значень щільності покращеного
ґрунту з відстанню
Використовуючи дослідні данні щодо зміни фізико-механічних
властивостей ґрунту, що оточує струменево-цементаційний елемент, та
110

111
доведеної практично та графічно наявності зони покращеного ґрунту навколо
ґрунтоцементної колони, можна дослідити змінення напружено-
деформованого стану масиву ґрунту з елементами підсилення, виконаними за
струменевою технологією з включенням в розрахунок покращених зон ґрунту.
Порівняння експериментальних даних відібраних зразків ґрунтоцементного
матеріалу.
Міцність ґрунтоцементного матеріалу струменево-цементаційних елементів
відіграє важливу роль, особливо коли ці елементи використовуються для
підсилення ґрунтового масиву під існуючими будівлями або для
майбутнього будівництва. Беручи до уваги міцність на стик ґрунтоцементного
матеріалу, інженер-проєктувальник зможе оцінити, яке навантаження можуть
сприйняти струменево-цементаційні елементи.
Як описано в розділі 1 даної роботи, на міцність ґрунтоцементу впливають
багато факторів: від типу струменевої цементації та технологічних параметрів
до В/Ц співвідношення розчину. В даному розділі розглянуто залежність
величини міцності на стик ґрунтоцементного матеріалу тільки від типу ґрунту
для однокомпонентної технології.
Ґрунтуючись на дослідних даних з виконання ґрунтоцементних елементів в
різних інженерно-геологічних умовах на території України, наведемо
порівняльний аналіз отриманих результатів (табл. 3.11).

111

112
Таблиця 3.11 - Порівняльний аналіз міцності на стиск ґрунтоцементного
матеріалу
Фізико-механічні Міцність на стиск
№,
Тип ґрунту характеристики ґрунту ґрунтоцементного
п/п 3
Y, т/м с, кПа Ф, град матеріалу, МПа
Делювіально-зсувні піщані
1 ґрунти (об'єкт на пр. 1,84 8 18 11,9...23,8
Шевченка, м. Київ)
Суглинок м 'якопластичний
заторфований
2 1,69 19 6 3,7...6,7
(об'єкт "Будівля банку
Універсальний", м. Львів)
Супісок лесовий, просідний
3 (об'єкт "Будівля Лейпциг", 1,65 10 22 4,2.12,6
м. Київ)
Супісок пилуватий твердий
4 (об'єкт "Андріївська 1,60 35 24 10,2.14,3
церква", м. Київ)
Шлаки насипні доменного
виробництва
5 1,85 2 36 4,8.11,2
(реконструкція в м.
Єнакієве)
Найнижчий показник міцності на стиск в заторфованих ґрунтах (3,7 МПа),
найвищий з отриманих - в піщаних ґрунтах (23,8 МПа).
Для порівняння та аналізу отриманих даних використаємо графік
залежності міцності ґрунтоцементного матеріалу від типу ґрунту та віку
зразка, що був опублікований L.W. Wong, D.H. Ju, P.J. Wu. [94]. Після
нанесення отриманих чисельних даних значень міцності на стик
ґрунтоцементного матеріалу (рис. 3.39, 3.40) можна відзначити, що всі
значення виходять за діапазони міцності, запропоновані авторами. Навіть
такий ґрунт як техногенний (шлаки доменного виробництва), при обробці
показав результат як гравійний та піщаний - 8 МПа.

112

113

Рисунок 3.39 - Порівняння отриманих даних з літературними [105]
Делювіально-зсувні піщані ґрунти, Ксер=17,9 МПА
Супісок пилуватий, твердий, Ясер=12,3 МПА
Супісок лесовий, просідний, Ясер=8,4 МПА
В процесі дослідної роботи на практиці підтверджено факт впливу
високонапірного струменя розчину на оточуюче ґрунтове середовище під час
виконання ґрунтоцементних колон. В даному підрозділі розглянуто
розрахунок залишкового тиску високонапірного струменя, який в свою чергу
чинить вплив на оточуючий ґрунт, змінюючи їх фізико-механічні
характеристики. Всі вихідні данні прийняті з виконаного об’єкту
реконструкції.
Струмінь цементного розчину, що виходить під високим тиском з сопла, що
розташований на гідромоніторі, обертається і руйнує оточуючий ґрунт,
перемішуючи його з цементним розчином. Якщо при першому обертанні
струмінь руйнує ґрунт, то при другому струмінь знаходиться вже в
113

114
цементному розчині і його можна розглядати як затоплений струмінь рідини
(рис. 3.41).

Рисунок 3.40 – Схема затоплененого вільного турбулентного струменя

Розраховані данні залишкового тиску, що спричиняє високонапірний
струмінь цементного розчину на оточуючий ґрунт, використаємо для
створення моделі в програмному комплексі Plaxis 3D Foundation.
Інженерно-геологічні характеристики ґрунту та геометричні
характеристики ґрунтоцементних колон, виконаних за струменевою
технологією, приймемо на прикладі об’єкта "Підсилення фундаментів при
реконструкції Андріївської церкви в м. Києві", на території якого були
проведені досліди ґрунтоцементного матеріалу та ґрунтових зразків,
відібраних в міжколонному просторі.
Приймаємо для ґрунту та матеріалу тіла ґрунтоцементної колони модель
Mohr-Coulomb. Щоб змоделювати сам процес виконання струменево-
цементаційної колони та вплив на оточуючий ґрунт матеріал колони заданий
низькими характеристиками, щоб відобразити його рідкий стан.
Характеристики супіску твердого: у=1,6 т/м , ф=23°, с=33 кПа,
114

115
Е=17 МПа. Характеристики ґрунтоцементу колони: у=1,55 т/м , ф=3°, с=3 кПа,
Е=0,15 МПа.
Довжина колони - 5 м, діаметр - 0,6 м, міжколонна відстань - 0,85 м,
фундамент - цегляний, глибина фундаменту від денної поверхні - 2 м.
По контуру поверхні ґрунтоцементної колони прикладено розрахований
Лзалишковий тиск Р =113,8 кН/м .
На рис. 3.41 показано деформовану сітка створеної моделі та загальні
переміщення, що в ній виникають. Максимальне значення загального
переміщення - 8,5 мм і виникає воно на поверхні ґрунтоцементної колони, а на
рис. 3.41 чітко відокремлюються зони деформації, тобто зони впливу, що
виникають від залишкового тиску високонапірного струменя цементного
розчину. Розміри цих зон - 29,5 та 26,5 см (рис. 3.43). В порівнянні з
дослідними даними, що були отримані при дослідженні ґрунтових зразків,
відібраних в між колонному просторі, максимальні зони впливу були 15 та 30
см від поверхні першої та другої ґрунтоцементної колони.
Повертаючись до результатів випробування ґрунтових зразків з об’єкта
"Реконструкція Андріївської церкви" з таблиці 3.6 - щільність відібраного
ґрунту змінювалася від 1,64 до 1,67 т/м . В результаті моделювання впливу
виконання ґрунтоцементних колон було отримане значення (3.10) змінення
щільності ґрунту із зони впливу - 1,65 т/м , що відповідає дослідним даним.
115

116

Рисунок 3.41 - Деформована сітка кінцевих елементів розрахункової моделі

Рисунок 3.42 - Вертикальні ayy та горизонтальні axx ефективні напруження

116

117

Підтвердивши відповідність розрахункової моделі до дослідних результатів,
що були отримані на будівельному об’єкту, можна змоделювати вплив в інших
типах ґрунту. Всі типи ґрунту прийняти з інженерно- геологічних вишукувань
міста Києва. Результати моделювання занесені в таблицю, а на графіку
рисунка 3.47 побудовані криві залежності переміщення ґрунту від відстані між
колонами.

Рисунок 3.43. – Переміщення грунту в міжколонному

■ Супісок твердий ■Супісок пластичний Пісок сер.щільн. Пісок щільний
■Суглинок м'якопл. ■Суглинок тв.конс. Глина тв.
Опираючись на отримані результати, відмітимо, що найбільший вплив на
оточуючий ґрунт при виконані ґрунтоцементної колони струм еневою
технологією, отримано в пісках середньої щільності - 37,5 см, найменший - в
твердих глинах - 15 см. Але при отриманих зонах впливу необхідно мати на
увазі, що в пісках середньої щільності переміщення ґрунту після впливу на
нього високонапірного струменя склало 15 мм, а в глинах твердих та
суглинках твердої консистенції лише 1-2 мм, тобто переміщення ґрунту майже
не відбувається.
117

118
Використання виділеної покращеної зони при моделюванні підсилення
ґрунтової основи підтверджено, що залишковий тиск струменя впливає на
фізико-механічні характеристики навколишнього ґрунтового середовища. Цей
вплив залежить від типу та консистенції ґрунту, що оточує ґрунтоцементну
колону. Під вплив підпадають не тільки щільність ґрунту, а і питоме
зчеплення, кут внутрішнього тертя та модуль пружності.
Використовуючи середнє значення зміни фізико-механічних характеристик
навколишнього ґрунту, що були підтверджені на об’єктах з супіском, та
розмірів зони впливу, можна перевірити значимість використання цих даних
для моделювання підсилення ґрунтової основи будівель та споруд.
Для моделювання та порівняльного аналізу обраний об’єкт з подібними
ґрунтовими умовами. Це піщані на супіщані ґрунти на реконструкції будівлі
«Кінотеатр «Жовтень» на вулиці Костянтинівській, 26 в м . Києві.
Інженерно-геологічні умови (рис. 3.48): ІГЕ 1 ^ ІУ) - насипний шар
неоднорідний; ІГЕ 2 (а ІУ-ІІІ) - супісок пилуватий, жовтувато-сірий, з тонкими
прошарками піску. Відкрита потужність шару по виробкам 0,4...0,65 м; ІГЕ 3 (а
ІУ-ІІІ) - пісок дрібний, жовто-сірий, з прошарками супіску, середньої
щільності, малого ступеню водонасичення, потужність шару 0,4...1,0 м; ІГЕ 4
(а ІУ-ІІІ) - супісок пилуватий, сіро-бурий, пластичний. Залягає на всій ділянці
шаром потужністю 0,7...1,4 м; ІГЕ 5 (а III) - пісок дрібний, сірий, світло-сірий,
з тонкими прошарками супіску, середньої щільності, насичений водою,
пройдена потужність шару 5 . 5 . 7 , 5 м.
Фундаменти під стінами будівлі мілкого закладання, стрічкові, цегляні, з
уширенням (продовження стін), з глибиною закладанням в різних рівнях. В
підвальній частині будівлі глибина закладання фундаментів 0, 8 5 . 1 , 8 5 м від
рівня підлоги підвалу, що відповідає відміткам 94,85.95,75 м. Ширина
фундаментів по підошві 0,85... 115см.
Схема підсилення основи представляла собою ґрунтоцементні колони
діаметром 600 мм з уширенням 800 під фундаментом, кількість 265 шт,
середньою довжиною 9 м (рис. 3.48).
118

119

Рисунок 3.44 - Схема підсилення будівлі
Для моделювання підсилення була використана розрахункова програма
Plaxis 3D Foundation. Основні елементи розрахункової схеми: конструкція
будівлі представлена в моделі елементами "walls" для внутрішніх і зовнішніх
стін, "floors" для перекриттів і фундаментної плити. Модель для дослідження
ґрунтової основи - Модель Мора-Кулона (Mohr-Coulomb Model) [96]. Моделлю
Linear Elastic Model були змодельовані ґрунтоцементні елементи, виконані за
технологією струменевої цементації.
Розміри розрахункової моделі - 90 на 75 м, глибина розглядаємої ґрунтової
товщі - 25 м. При створенні трьохвимірної моделі кінцевих елементів були
119

120
використані 15-ти вузлові елементи. Загальна кількість елементів - 27344 шт,
кількість вузлів - 78996 шт.
На рисунках 3.49, 3.50 показаний розрахунок будівлі до початку
реконструкції. Максимальні розрахункові переміщення склали 12,8 см.

Рисунок 3.45 - Розрахункова модель будівлі до підсилення та загальні
переміщення фундаментів

Рисунок 3.46 - Схема фундаментів з загальними переміщеннями та прикладені
навантаження
Для порівняння результатів зменшено кількість ґрунтоцементних колон
(265 шт) на 5, 10 та 15 % та введено в розрахунок зону покращеного ґрунту (15
см). Результати розрахунків занесено в таблицю 3.14.
Для порівняльного аналізу переваг введення зони покращеного ґрунту при
моделюванні підсилення основи існуючих будівель в піщаних ґрунтах (рис.
3.45) виконано розрахунок зі зменшенням ґрунтоцементних колон, але без
покращеного ґрунту (рис. 3.46). Результати моделювання показали, що
осідання будівлі з проєктною кількістю колон склали 2,6 см, при зменшенні
кількості ґрунтоцементних колон на 15 % та введення зон покращеного ґрунту
120

121
- 4,0 см, при зменшенні проєктною кількості колон, але без вчення зон
покращеного ґрунту осідання збільшилися до 5,6 см.
Аналізуючи результати, наведені в таблиці 3.14, можна зробити висновок,
що ведення зони покращеного ґрунту дозволяє зменшити кількість
ґрунтоцементних колон на 15%. Максимальні осідання будівлі при такому
зменшені збільшилася з 2,6 до 4,0 см. Збільшення осідань будівлі, що
реконструюється, не є понаднормальними, але подальше зменшення кількості
колон призведе до великого зростання кроку між колонами. Виходячи з того,
що фундаменти будівлі цегляні, великі кроки між ґрунтоцементними колонами
приведуть до збільшення напружень в тілі фундаментів. Також необхідно
враховувати, що загальна несуча здатність елементів підсилення зменшиться,
що необхідно враховувати при підсиленні ґрунтових основ будівель.
3.3 Вказівки з порядку виконання робіт при виконанні підсилення
фундаментів ін`єкційною технологією
Технологія струменевої цементації грунтів з’явилася практично одночасно
в трьох країнах — Японії, Італії, Англії. Інженерна ідея виявилася настільки
плідною, що протягом останнього десятиліття технологія струменевої
цементації миттєво поширилася по всьому світу, дозволяючи не тільки більш
ефективно вирішувати традиційні завдання, але і знайти нові рішення інших
численних складних проблем в галузі підземного будівництва. Технологія JET
GROUTING полягає у використанні кінетичної енергії струменя цементного
розчину, що спрямовується на руйнування і перемішування грунту в масиві без
створення в ньому надлишкового тиску. На першому етапі спеціально
обладнаною під JET GROUTING буровою установкою буриться пілотна
свердловина діаметром 73–90 мм. Буріння проводиться до розрахункової
глибини, яка визначається проектом, з попереднім промиванням водним
розчином під тиском, що не перевищує 50 атм. Зрошення подається
безпосередньо на ріжучий інструмент (бурову шарошку). На наступному
етапі насосом високого тиску подається водоцементний розчин під тиском
121

122
450500 атм. Цим високим тиском перекривається канал зрошення і
відкриваються 2 отвори, в яких встановлені сопла діаметром 0.8–3.0 мм.
Повільно обертаючи (обороти 10–25 об. / Хв) і, повільно підіймаючи бурову
колону, відбувається розрізання і перемішування грунту високої кінетичної
енергії струменя, яка вивергається з вищевказаних сопел. Виготовлені за цією
технологією палі можуть армуватися.

Рисунок 3.47 – Схема основних етапів влаштування підсилення фундаментів
струменевою цементизацією
У порівнянні з традиційними технологіями ін’єкційного закріплення
грунтів, струменева цементація дозволяє зміцнювати практично весь діапазон
грунтів — від гравійних відкладів до дрібнодисперсних глин і мулів.
Іншою важливою перевагою технології є надзвичайно висока
передбачуваність результатів зміцнення грунтів. Це дає можливість вже на
етапі проектування та укладення підрядних договорів досить точно
розрахувати геометричні та характеристики міцності створюваної підземної
конструкції (паля, ділянка підпірної стінки і т.д.), а відповідно — трудовитрати,
матеріали та вартість підрядних робіт.
Порядок виконання робіт:
122

123
1.1 Буріння буровою коронкою, розташованою на гідромоніторі, до
проєктної відмітки низу колони.
1.2 Подача цементного розчину з В/Ц=1 від високонапірного насосу до
гідромонітору під тиском 450 атм., витратою розчину 100 л/хв.
1.3 Покроковий підйом гідромонітору з обертанням з наступним
руйнуванням ґрунту.
1.4 Винесення частини зруйнованого ґрунту з відпрацьованим цементним
розчином (пульпою) на поверхню з подальшим спрямуванням його до
пульпоприймача.
1.5 Формування ґрунтоцементної колони до нижньої відмітки шару
вапняку.
2. Продовження підйому гідромонітору в зоні шару вапняку зі
збереженням робочих параметрів (тиску та витрат цементного розчину), що
дозволить вимити піщаний заповнювач тріщинуватого вапняку та заповнити
тріщини цементним розчином.
3. Без перерви в процесі виконання елементу підсилення виконується
опускання конструкції палі, що самозабурюється, тобто анкерного елементу
типу Ischebeck Titan, який складається з буроін'єкційних штанг, з'єднаних між
собою муфтами та буровою коронкою до проєктної відмітки низу анкерного
елементу.
4. Нагнітання цементного розчину з В/Ц=0,4 через бурові штанги
анкерного елементу виконується до появи розчину на поверхні фундаментної
плити.
5. Фіксування анкерного елементу сферичною гайкою.
6. Формування бетонного оголовку з бетону С35/40 для закриття голови
анкерного елементу.
7. Після виконання елементів підсилення виконується пошарова зворотна
засипка ґрунтом з пошаровим ущільненням шарами не більше 0,5 м.

123

124

Рисунок 3.48– Буріння свердловини

124

125

Рисунок 3.49 – Бурова установка для цементизації грунту

Рисунок 3.50 – Процес виконання робіт

125

126

Рисунок 3.51 – Схема влаштування Jet -паль

Під час прямого ходу виробляють буріння лидерной свердловини до
проектної позначки. Буровий розчин надходить через відкритий прямий
клапан в бурової наконечник для видалення шламу в процесі буріння. Як
бурового розчину використовується вода, бентонітовий або цементний розчин.
В процесі зворотного ходу в сопла монітора, розташованого на нижньому кінці
бурової колони, подають під високим тиском цементний розчин і починають
підйом колони з одночасним її обертанням.
Технологічне обладнання
Так як руйнування і заміс грунту вимагає високих значень кінетичної
енергії струменя розчину, для реалізації схеми струменевої цементації
необхідно застосування потужного високонапірного цементувальних насоса.
Практика показала, що тиск нагнітання повинен становити від 400 до 700 атм.,
А потужність двигуна повинна бути не нижче 350 л. с. Іншою важливою
частиною технологічного обладнання для цементації грунту є монітор,
оснащений соплами. Призначення сопел - перетворення високого тиску
розчину, що розвивається цементувальних насосом, в кінетичну енергію
126

127
струменя. У зв'язку з високими абразивними властивостями цементного
розчину сопла виготовляються зі спеціального металокерамічного складу. При
виконанні робіт застосовується сучасне бурове і насосне обладнання
німецького та італійського виробництва:
 Бурові установки PSM-20
 Насос високого тиску SOILMEC 7T-500J
 Автоматичні міксерні установки GM-22. Продуктивністю 22 м³ розчину
на годину.
 Силосу для цементу ємністю до 45 т.
 Автоцементовози

Рисунок 3.52 – Підсилення бетонної плити фундаменту

Переваги технології струменевої цементації грунтів
127

128
 Висока швидкість робіт за рахунок малого діаметра буріння свердловин
 Виконання робіт в умовах обмеженого простору (висота від 2 м, ширина
від 1,5 м)
 Відсутність динамічних впливів.
При огородженні котлованів (підпірних стін) конструкція з грунтобетонних
паль виконує кілька функцій:
 сприймає горизонтальні і вертикальні навантаження,
 є вертикальною протифільтраційному завісою.
За допомогою технології струменевої цементації грунтів можливе вирішення
наступних завдань:
 Підпірні стіни і огорожу котлованів.
 Посилення всіх типів фундаментів.
 Протифільтраційні завіси та екрани.
 Армування грунтів і геомассів.
 Закріплення грунтів при проходці тунелів і будівництві автодоріг.
 Зміцнення укосів і схилів.
 Закріплення грунтів в основі проектованих фундаментів з метою вище-
ня міцності і деформаційних характеристик.
 Роз'єднувальні стінки впливу деформацій.
 Пристрій бурових паль.
 Контрольоване заповнення підземних виробок і карстових пустот.
 Заглиблення підвалів і надбудова будівель
Дана технологія також дозволяє вирівняти міцності і деформаційні
властивості грунту, впровадженням в нього армуючих елементів. При цьому
грунт і впроваджені в нього грунтобетонних палі розглядаються як єдиний
Геотехнічний масив.
128

129
У порівнянні з традиційними технологіями ін'єкційного закріплення
грунтів струменевий цементація дозволяє зміцнювати практично весь діапазон
грунтів - від гравійних відкладень до дрібнодисперсних глин і мулів.
Іншою важливою перевагою технології струменевої цементації (jet-grouting) є
надзвичайно висока передбачуваність результатів зміцнення ґрунтів. Це дає
можливість вже на етапі проектування і укладення підрядних договорів досить
точно розрахувати геометричні та міцності створюваної підземної конструкції
(паля, ділянка підпірної стінки і т.д.), а відповідно - трудовитрати, матеріали та
вартість підрядних робіт.
Область застосування
З усього надзвичайно великого списку практичних застосувань технології
наведемо лише деякі:
 влаштування одиночних пальових фундаментів,
 виконання стрічкових фундаментів і суцільних фундаментних плит з
взаємно перетинаються грунтоцементних паль,
 спорудження підпірних стін для підвищення стійкості схилів і укосів,
 закріплення слабких і обводнених грунтів навколо споруджуваних
поземних міських споруд - колодязів, колекторів, тунелів,
 спорудження протифільтраційних завіс.
Проведенню робіт по закріпленню ґрунтів повинна передувати розробка
проектної документації, в якій повинні бути задані необхідні міцність і
фільтраційні властивості закріпленого масиву грунту. Тому для модифікації
грунтів в залежності від поставленого завдання повинні застосовуватися
відповідні технології та розчини.
Підсилення фундаментів будівель, побудова котлованів поблизу існуючих
будівель, влаштування паль підвищеної несучої здатності, закріплення грунтів,
створення протифільтраційних завіс може бути вирішено з використанням
струменевого технології. За струменевої технології можуть виконуватися як
129

130
циліндричні палі, анкера, колони закріпленого грунту діаметром до 2 м, так і
плоскі горизонтальні і вертикальні елементи в грунті при підйомі монітора без
обертання (панельні, щілинні).
Дана технологія також дозволяє поліпшити (вирівняти) міцності і
деформаційні властивості грунту, впровадженням в нього армуючих пальових
елементів. При цьому грунт і впроваджені в нього грунтобетонних палі
розглядаються як єдиний Геотехнічний масив.
Закріплення грунтів основи, методом струменевого технології, для нового
будівництва, як правило, застосовується в наступних випадках:
 при наявності в основі проектованого споруди слабких водонасичених і
заторфованних грунтів, що мають модуль деформації Е ≤ 5,0 МПа;
 при значних навантаженнях на фундаменти (передавальних тиск на
грунт 0,3 МПа і більше);
 в разі примикання до існуючої будівлі і спорудження нового будови.
Використовують три системи влаштування струменевої ін’єкції:
- одинарна система. В процесі подачі розчину відбувається 3 процеси:
знищення скелету ґрунту, винос розчинного шламу під впливом великого
тиску та також перемішування розчину з ґрунтом;
- подвійна система. При такій системі струмінь повітря створює оболонку
навколо струменю розчину, що закачується, таким чином збільшуючи
ефективність ін’єкції. Додатково тиск повітря значно поліпшує вихід шламу;
- потрійна система. При потрійній системі для знищення структури ґрунту
додається вода і повітря, що подаються під тиском. Розчин подається з
незалежного сопла, попадає в розмитий ґрунт і легко з ним перемішується,
створюючи ґрунтоцемент.
Характеристика колон Jet Grouting (діаметр колон, довжина панелі, ступінь
перемішування, щільність, міцність на стиск та ін.) залежить від параметрів їх
влаштування (швидкість підйому жерді, час виконання, тиск розчину, густина
розчину та ін.), так і від ґрунтових умов (вид ґрунту, розмір частинок ґрунту,
130

131
щільності ґрунту та ін.), а також системи виконання колон (одинарна, подвійна
чи потрійна система). Цим методом можна підсилювати пластичні незв’язні
ґрунти, піски різних фракцій, а при відповідньо підібраних технологічних
параметрах - також органічні ґрунти (торфи і намули). Міцність матеріалу
цементоґрунтових колон знаходиться в границях від 2 до 30МПа.

Висновок по розділу 3.
1. Було проаналізовано дослідження ґрунтоцементного матеріалу та зони
впливу на оточуючий ґрунт при виконанні струменево-цементаційних
елементів.
2. Виконано аналіз експериментальних дослідження проведені на чотирьох
об’єктах на території України в різних ґрунтових умовах. Для
дослідження впливу на оточуюче ґрунтове середовище на трьох об’єктах
відібрано ґрунтові зразки з наступним дослідженням фізико-механічних
характеристик. Для вивчення зміни міцнісних характеристик
ґрунтоцементного матеріалу колон струменевої цементації на всіх
чотирьох дослідних майданчиках відібрано зразки матеріалу з
подальшим випробуванням їх на стиск.
3. За результатами досліджень маємо наступні висновки: Струменево-
цементаційні елементи, що виконані в заторфованих суглинках:
- максимальна зона впливу високонапірного струменя на оточуючий ґрунт -
15 см;
- максимальне збільшення щільності ґрунту після впливу на нього
високонапірного струменя розчину склало 16 %, мінімальне - 4 %, питоме
зчеплення збільшилося на 5.. .47 %;
- значення міцності на стиск ґрунтоцементного матеріалу - 3,7; 6,5; 6,7
МПа. Струменево-цементаційні елементи, що виконані в лесових супісках:
- максимальна зона впливу на навколишній ґрунтовий масив - 10 см;
- зміна фізико-механічних характеристик зразків в зоні впливу: питоме
зчеплення збільшилося на 13 %, кут внутрішнього тертя збільшився на 11
131

132
%, модуль деформації ґрунту збільшився на 50 %, знизилися значення
просідання ґрунту;
- значення міцності на стиск ґрунтоцементного матеріалу - 3,6.12,3 МПа.
Струменево-цементаційні елементи, що виконані в супіску пилуватому:
- зони максимального впливу на навколишній ґрунтовий масив 15 і 30 см;
- в міжколонному просторі простежується ущільнення ґрунту на значення в
діапазоні від 4 до 8 %;
- значення міцності на стиск ґрунтоцементного матеріалу - 10,2... 14,3 МПа.
4. Струменево-цементаційні елементи, що виконані в техногенних ґрунтах
шлаках доменного виробництва:
- мінімальна міцність цементно-шлакового матеріалу за результатами
лабораторного випробування склала 7,3 МПа, максимальна - 11,2 МПа.
Отримані значення в подальшому дозволять використовувати значення
міцності при проєктуванні конструкцій з використанням ґрунтоцементних
елементів.
5. Аналізуючи дослідні данні, доведено змінення фізико-механічних
властивостей ґрунту, що оточує струменево-цементаційний елемент та
показано графічно наявність зони покращеного ґрунту. Підтверджені
експериментальні дані дозволять дослідити змінення напружено-
деформованого стану масиву ґрунту з елементами підсилення,
виконаними за струменевою технологією з включенням в розрахунок
покращених зон ґрунту.
Розділ 4. Економічна ефективність при виконанні підсилення існуючих
фундаментів при реконструкціїї будівель та споруд ін`єкційною
технологією

4.1 Техніко-економічне порівняння технологій підсилення
фундаментів
Витрати на матеріали за запропонованою технологією прийняті по
фактичних витратах. Собівартість робіт визначена розрахунками.
132

133
Таблиця 4.1 Техніко-економічні показники технології підсилення
фундаментів методом ін`єктування паль на 1 м.пог.
Варіанти підсилення Порівняння
фундаментів ін`єкційною запропонованої
Од.
Статті витрат технологією технології із
№ вим.
традиційної (D
Варіант №1 Варіант №2 170 мм)
1 Тривалість Година 6,2 7,1 9,0

2 Матеріали Грн. 61,30 61,30 109,8
Основна заробітна
3 Грн. 15,60 15,60
плата 16,0
Витрати по
4 експлуатації машин Грн. 11,00 11,15 12,3
і механізмів
Транспортні витрати Грн. 3,35 3,35 3,45
Інші прямі витрати Грн. 1,10 1,10 1,10
Разом прямих
5 Грн. 4,45 4,45
витрат 4,55
6 Накладні витрати Грн. 18,95 18,95 18,95
7 Усього собівартість Грн. 111,30 111,45 161,60

У результаті застосування розробленої технології економічна
ефективність склала 45%, а економічний ефект склав 50,30 грн. на 1 пог. м. і
загальний економічний ефект становить 8852,8 грн.

4.2 Розрахунок та техніко-економічне порівняння технологій
влаштування підсилення існучюих фундаментів при реконструкції
будівель та споруд
Був проведений розрахунок та техніко-економічне порівняння
технологій трьох варіантів влаштування підсилення фундаментів.
Порівняльний аналіз способів улаштування підсилення фундаментів ми
проведемо порівнянням діаграм.
133

134
За допомогою програмного комплексу «АВК було виконано розрахунок
локальних кошторисів для кожного з варіантів технологічних послідовностей
також згідно цього комплексу були визначені техніко-економічні показники
(трудомісткість, вартість матеріалів, собівартість). Результати порівняння
наводяться у таблиці 4.2

Таблиця 4.2 - Техніко-економічні показники технологій підсилення
існуючих фундаментів
Технології виконання робіт при підсилення
фундаментів
№
Показник Збільшення
п/п Буроін`єкційні Ін`єкційною
основи
палі технологією
фундаменту
1 2 3 4 5
Кошторисна
вартість
1 11493 18104 33925
проведення робіт,
грн
Вартість
2 6627 11264 28245
матеріалів, грн
Заробітна плата,
3 2508 3231 3329
грн
Трудомісткість,
4 185 248 236
чол-год
Трудомісткість,
5 139 172 197
маш-год
6 Тривалість, змін 22,6 30,24 28,7

Таблиця 4.3 - Вихідні дані до розрахунку
Найменування матеріалу
Одиниця
Показники Ін`єкційною Буронабивні
виміру
технологією палі
1. Річний об’єм
3 2
впровадження на 100м м
буронабивних паль
134

135
2. Приведені затрати на 12300 8900
грн.
будівельні матеріали
3. Собівартість будівельно-
монтажних робіт по грн. 9556 7325
влаштуванню технології
4. Питомі капітальні
вкладення у виробничі 2133 1297
грн.
фонди будівельної
організації
4. Річні витримки в сфері - -
грн.
експлуатації конструкцій
5. Строк експлуатації рік 150 150

Рисунок 4.1 - Порівняльний графік терміну виконання робіт
135

136

Рисунок 4.2 – Тривалість змін

Рисунок 4.3 – Гарантійний термін виконання робіт

136

137

Рисунок 4.4 – Трудомісткість виконання робіт

Рисунок 4.5 – Порівняння варіантів по заробітній платні

137

138

Рисунок 4.6 – Порівняння варіантів по вартості матеріалів

Ее — економія в сфері експлуатації конструкцій за строк їхньої служби
визначається за формулою:
Ее  (С1 С2 ) (K 
2 K 
1), (4.1)
де С1 та С2 — річні витрати в сфері експлуатації на одиницю
конструктивного елемента будівлі, споруди або об'єкт у цілому по
порівнюваних варіантах, грн. До них відносяться: витрати на капітальний
ремонт будівельних конструкцій, відновлення та підтримка передбаченої
проектом надійності конструкцій і споруд у цілому, щорічні витрати на
поточний ремонт і технічне обслуговування;
K’1 і К’2 — питомі капітальні вкладення в сфері експлуатації будівельних
конструкцій (капітальні вкладення без обліку вартості конструкцій)
розраховуючи на одиницю конструктивного елемента будівлі, споруди або
об'єкта у цілому у порівнюваних варіантах, грн.;
А2 — річний обсяг будівельно-монтажних робіт із застосуванням нових
будівельних конструкцій у розрахунковому році, у натуральних одиницях.
138

139

Приведенні затраті визначаються за формулою:
Зсi = Ci +Ki; (4.2)
де Ci — собівартість будівельно-монтажних робіт по i-му варіанту, грн.;
Ki — питомі капітальні вкладення у виробничі фонди на одиницю
будівельно-монтажних робіт по i-му варіанту техніки, грн.
Зс1 = 9556+2133= 11689 грн.;
Зс2 = 7325+ 1297= 8622 грн.
Економічний ефект Е обраховуються за формулою (4.1):
Е = (11689+12300) - (8622+8900) 1,0= 6467 грн.
Таким чином економічний ефект від застосування технології
влаштування пальових фундаментів із трубобетонних паль, більш економічно
вигідний.
Висновки по розділу 4

1. Найбільш ефективною технологією підсилення фундаментів є
технологія ін`єкційного підсилення, по варіанту 3.
2. Техніко-економічна ефективність розробленої технологи виражається
в істотному поліпшенні експлуатаційних показників (міцності на вигин, на
зріз, тріщиностійкість, водонепроникність, водопоглинення) і збільшенні
терміну служби фундаментів.
3. Для впровадження розробленої технології необхідно робити роботи
відповідно до представлених рекомендацій.

139

140
Загальні висновки

1. На основі дослідних даних було виконано аналіз взаємозв’язку режимів
та технологічних параметрів струменевої цементації від діаметра
ґрунтоцементної колони в різних типах ґрунтів, отримано залежності
швидкості підйому від діаметра ґрунтоцементної колони. Отримані результати
дозволяють полегшити підхід до вибору робочих параметрів бурового
інструменту.
2. Встановлено експоненціальну залежність між енергією струменя та
отриманим діаметром колони, на основі якої розроблено методику його
визначення для різних типів ґрунтів, тиску струменя, швидкості підйому
гідромонітору та витрат цементного розчину.
3. На основі порівняльного аналізу результатів експериментальних і
теоретичних досліджень встановлено поправочні коефіцієнти для
співвідношення розрахункового та фактичного діаметрів колони, які
складають для піску і супіску К=0,8, для суглинку К=0,9, що дозволяє
визначити реальний діаметр ґрунтоцементної колони в різних інженерно-
геологічних умовах
4. Проаналізовано дослідження покращення фізико- механічних
властивостей масиву, оточуючого струменево-цементаційний елемент,
доведено експериментальним та шляхом моделювання, що в різних ґрунтових
умовах зона ґрунту з поліпшеними фізико-механічними характеристиками
варіюється від 10 до 30 см.
5. На розрахунковій моделі підсилення ґрунтової основи доведено
покращуючий ефект врахування зони поліпшеного ґрунту, що дало змогу
зменшити в проєкті кількість ґрунтоцементних колон та витрату матеріалів на
15%.
6. Для складних інженерно-геологічних умов розроблено метод підсилення
ґрунтових основ складно-компонентними системами, що складаються з
елементів двох геотехнологій - анкерних елементів типу Ischebeck Titan та
140

141
ґрунтоцементних колон, виконаних за струменевою технологією.
7. Застосування розробленої методики врахування зони покращеного
ґрунту при виконанні підсилення основи будівлі ґрунтоцементними колонами
дозволило забезпечити економічний ефект.

Список використаних джерел
1. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений в примерах и задачах:
Учебное пособие для вузов.: "Недра", 1989. 270 с.
2. Бройд И.И., Мельник Г.В. Ликвидация суфозионных полостей и областей
разуплотненных грунтов с использованием струйной геотехнологии
Основания, фундаменты и механика грунтов. 1997. №3. С.12-15.
3. Бройд И.И. Струйная геотехнология: Учебное пособие.:
Издательство ассоциации Строительных вузов, 2004. 448 с.
4. Бройд И.И. Нетрадиционные гидравлические прикладные задачи и
технологии. : Издательство ассоциации Строительных вузов, 2008. 256 с.
5. Вакутин А.П., Малинин А.Г., Смирнов А.Н., Малинин Д.А. Прогрессивные
конструкции и технологии производства форсунок для струйных мониторов.
Метро и тоннели. 2011. №3. Ц^: http://www.jet-
gшutmg.m/userШes/Fiïe/Шes/102_Forsunka.pdf.
6. Винников Ю.Л., О.І. Ярмолюк. Будівельні властивості грунтоцементу за
наявності у його складі органічних речовин. Строительство,
материаловедение, машиностроение. Серия: Инновацонные технологи
жизненного цикла объектов жилищно-гражданского, промышленного и
транспортного назначения. Дніпро: ПГАСА. 2010. Вип. 56. С. 97-103.
7. Винников Ю.Л. Веденисов А.В. Модельные исследования эффективности
грунтоцементных разделительных экранов для защиты зданий от влияния.
Весник ПНИПУ. 2015. №1. С. 51-63.
8. Винников Ю.Л., Ярмолюк А.И. Лабораторные исследования цементации
заторфованных грунтов буросмесительным методом. Актуальные вопросы
геотехники при решении сложных задач нового строительства и
141

142
реконструкции: сборник трудов научно-технической конференции.
СПбГАСУ. 2010. С. 236-240.
9. Власов С.Ф. Теоретические и прикладные основы струйного закрепления
соискание ученой степени доктора технических наук. 05.15.09.
Днепропетровск, 1999. 359 с.
10. Власов С.Ф., Максимова-Гуляева H.A. Повышение устойчивости
оползнеопасных склонов с помощью струйной технологии закрепления
грунтов. Днепропетровск: НГУ. 2010. 140 с.
11. Власов С.Ф., Тимченко С.Е., Рябичев В.Д. Интенсификация процессов
струйного закрепления пород при магнитной обработке цементных
растворов. Луганск: Янтарь. 2005. 125 с.
12. Губашова В.Е. Применение технологии струйного инъектирования в
качестве противофильтрационных мероприятий при возведении
ограждающих конструкций глубоких выемок в условиях плотной
застройки. Світ геотехніки. 2011. №4. С. 19-21.
13. Губашова В.Є. Досвід виконання ґрунтоцементних елементів по технології
струменевої цементації в шлаках доменного виробництва (Experience of
carrying out of ground-cement elements on the jet grouting technology in slags of
a blast-furnace process). Науково-технічний журнал "Сучасні технології,
матеріали і конструкції в будівництві". Вінниця, 2019. Том 27 №2 С. 87
14. Губашова В.Е. Применение технологии струйного инъектирования в
качестве противофильтрационных мероприятий при возведении
ограждающих конструкций. Міжвідомчий науково-технічний збірник
"Будівельні конструкції". Київ, 2011. №75. Книга 2. С.635-642.
15. Губашова В.Е. Сравнение геотехнических расчетных комплексов на
примере расчета ограждения котлована в г. Киеве. Геотехника Беларуси:
наука и практика: материалы Международной научно-технической
конференции, посвященной 60-летию кафедры оснований, фундаментов и
инженерной геологии и 90-летию со дня рождения профессора Юрия
Александровича Соболевского (Минск, 23-25 октября 2013 г.). В 2 ч. Ч. 1.
142

143
Минск : БНТУ, 2013. С. 212-219.
16. ДБН В.2.1-10.2009. Основи та фундаменти. Зміна №1 [Чинний від
01.07.2009]. Вид. офіц.. Київ: Мінрегіонбуд України, 2009. 82 с.
17. Киричек Ю.А., Комиссаров Г.В. Методы устройства искусственных
оснований из грунтоцемента под фундаменты мелкого. Вісник
Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. 2014. №7.
С. 15-19.
18. Киричек Ю.А., Коміссаров Г.В. Конструкції з грунтоцементу для зведення
фундаментів будівель і споруд. Вісник Придніпровської державної академії
будівництва та архітектури. 2019. №3. С. 42-50.
19. Киричек Ю.А., Комиссаров Г.В. Анализ области применения
грунтоцемента в геотехнике. Будівельні конструкці. Київ: ДП НДІБК. 2016.
Вип. 83, кн. 1. С. 529-538.
20. Зоценко М.Л., Винников Ю.Л., Зоценко В.М. Бурові ґрунтоцементні палі,
які виготовляються за бурозмішувальним методом: монографія. Харків:
Друкарня Мадрид, 2016. 94 с.
21. Зоценко Н.Л. Грунтоцементные сваи, изготавливаемые буросмесительным
методом. Збірник наукових праць Полтавського національного технічного
університету ім. Юрія Кондратюка. Серія: Галузеве машинобудування,
будівництво. Полтава: Пол.НТУ, 2013. Вип. 3(38). С. 110-122.
22. Зоценко Н.Л., Вагидов М.М. Грунтоцементные основания и фундаменты.
URL: https: //cyberleninka.ru/article/n/gruntotsementnye-o snovaniya-i-
fundamenty.
23. Зоценко М. Л. Грунтоцемент - конструктивний і гідроізоляційний матеріал
при будівництві підземних споруд. Будівельні конструкції. 2016. Вип. 83. С.
296-316. URL: http://nbuv.gov.ua/UJRN/buko_2016_83(2) 37.
24. Зоценко М.Л., Борт О.В. Ефективність роз’єднувальних стінок у грунті при
захисті існуючих будівель від впливу новобудов. Бетон и железобетон в
Украине. 2007. №1. С. 24-27.
25. Зуевская Н.В., Дворник С.А., Губашова В.Е., Волык Ю.В. Использование
143

144
метода струйной цементации (струйного инъектирования) грунтов при
усилении фундаментов в сложных геологических условиях. Вісник
Криворізького Технічного Університету. Кривий Ріг, 2011. Випуск 27.
С.262-265.
26. Зуевская Н.В., Шайдецька Л.В, Губашова В.Є. Вплив виконання елементів
струменевої цементації на фізико-механічні характеристики навколишнього
ґрунтового масиву. Науковий журнал "Енергетика: економія, технології,
екологія". Київ, 2019. №4. С. 27-34.
27. Зуєвська Н.В., Губашова В.Є.Моделювання підсилення ґрунтової основи
складно-компонентними системами. Вісті Донецького гірничого інституту.
Покровьск, 2020. №1 (46). С. 36-44.
28. Зуевская Н.В., Шайдецька Л.В, Губашова В.Е. Особливості формування
елементів струменевої цементації в заторфованому суглинку. Вчені записки
Таврійського Національного Університету імені В.І. Вернадського, Серія
"Технічні науки". Київ, 2020. Том 31 (70), №2. С. 198-202.
29. Зуєвська Н.В., Губашова В.Є., Шайдецька Л.В.Особливості врахування
впливу будівельної техніки на стійкість конструкції котловану при щільній
міській забудові. Збірник наукових праць НГУ.-Д.: Державний вищий
навчальний заклад «Національний гірничий університет». 2018. №54.
С.170-183.
30. Зуевская Н.В., Губашова В.Е. Стабілізація ґрунтового масиву за допомогою
ін'єкційних анкерів. Порівняльний аналіз особливостей проектування.
Збірник наукових праць Національного гірничого університету "Дніпровска
Політехника" Дніпро, 2020. №60-06. с. 58-68.
31. Зуевская Н.В., Дворник С.А., Губашова В.Е., Волык Ю.В. Изменение
напряженно-деформируемого состояния грунтов при устройстве глубоких
выемок. Проблеми та перспективи розвитку залізничного транспорту: тези
доповідей 71 Міжнародної науково-технічної конференції.
Дніпропетровськ, 14-15 апреля 2011. С.231-232.
32. Зуевская Н.В., Губашова В.Е. Обзор технологии струйной цементации и ее
144

145
применение в городском строительстве. Elmi-nezeri jurnal "Yer Ve Insan".
Azerbaijan, 2020. №01 (13). Рр. 67-72.
33. Малинин А.Г. Струйная цементация грунтов: монография. Пермь:
Пресстайм, 2007. 168 с.
34. Малинин А.Г. Струйная цементация грунтов в городском строительстве
URL: http://www.jet-groutmg.ru/userfLles/File/files/14_2003PC07-08.pdf
35. Малинин А.Г. Ограждение котлованов с помощью технологии струйной
цементации грунта. URL:http://www.jet-groutmg.ru/userfiles/File/files/21_
Malinin_A.G._Ograzhdenie_kotlovanov.pdf.
36. Малинин А.Г., Гладков И.Л..Экспериментальные исследования диаметра
грунтоцементных колон в различных грунтах. URL:http://www.jet-
grouting.ru/userfiles.
37. Малинин А.Г., Гладков И.Л., Жемчугов А.А. Исследование прочностных и
деформационных характеристик грунтоцемента в зависимости от
технологических параметров струйной цементации. Промышленное и
гражданское строительство. 2011. №6. С. 53-55
38. Матеріали компанії Compagnia Consolidamenty e Pali, Italia. Prospekt
"Technologie brevetée pour consolidation et colonnes au moyen d'injections à
trés haute pression".
39. Матеріали компанії Soletanche Bachy, Nanterre, France.
40. Матеріали компанії Soletanche Czech Republic, Prague, Czech Republic.
41. Матеріали компанії SolData Group, Киев, Украина.
42. Матеріали компанії ZETA§ Zemin Teknolojisi A.§, Istambul, Turkey.
43. Свод правил СП 291.1325800.2017 Конструкции грунтоцементные
армированные. Правила проектирования. [Действующий с 2017-11-01].
Издание официальное : Стандартинформ, 2017. URL: https
://files.stroyinf.ru/Data2/1/4293744/4293744721 .htm
44. Форум проектувальників Білорусії. URL: https://www.skyscrapercity.com/
showthread.php?t=630162&page=30
45. Фоменко И.К., Кургузов К.В. , Зеркаль О.В. , Сироткина О.Н. О модели
145

146
поведения грунтов Мора-Кулона. Современные полевые и лабораторные
методы исследования грунтов - изыскания и проектирование: материалы
докладов Общероссийской научно-практической конференции. Москва, 20-
21 сентября 2008 г. С. 130-137.
46. Хасин М.Ф., Малышев Л.И., Бройд И.И. Струйная технология закрепления
грунтов. Основания, фундаменты и механика грунтов. 1984. №5. С. 10-12.
47. Хасин М.Ф. Струйная геотехнология в строительстве. Геотехническое
строительство. 2000. №8. С. 35-42.
48. Чугаев Р.Р. Гидравлика: Учебник для вузов. -4-е изд., доп. и перераб.
Ленинград: Энергоиздат. Ленинградское отделение, 1982. с. 401-403.
49. Alzamora, D., M. H. Wayne, and J. Han. Performance of SRW supported by
geogrids and jet-grout columns. Proceedings of ASCE Specialty Conference on
Performance Confirmation of Constructed Geotechnical Facilities: Geotechnical
Special Publication 94. 2000. pp. 456-466.
50. AGI (Associazione Geotecnica Italiana). Jet Grouting Guidelines. Edizioni AGI,
2012. 69 p. URL: http://www.associazionegeotecnica.it/pubblicazioni/jet-
grouting- raccomandazioni
51. ASCE-2009 (American Society of Civil Engineers) Grouting Committee Jet
Grouting Task Force. Jet Grouting Guideline, 2009. 29 p.
52. Balossi Restelli, A. et al., Tecnologie speciali per il preconsolidamento di scavi
nelle alluvioni di Milano in occasione della costruzione della linea 3 della
Metropolitana, In Proceedings of the International Conference ‘Grandi Opere
Sotterranee" Florence, Italy. June 8-11,1986. pp. 612-618.
53. Bell A.L. Jet grouting. Ground Improvement (ed. M.P. Moseley). Blackie, 1993.
218 pp.
54. Bergschneider B., Walz B. Jet Grouting - range of the grouting jet. XIII-th
European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering
"Geotechnical problems with man-made and man influenced grounds". Vol.2.
Prague. 7-9 August, 2003. Pp. 53-56.
55. Bouassida A. Sur une nouvell méthode de dimensionnement des fondations sur
146

147
sol renforcé par colonnes. Comptes rendus du Quinzieme Congres International
de Mecanique des Sols et de la Geotechnique. Instanbul, 2001. Pp. 2783-2790.
56. Brill G.T., Burke G.K., Ringen A.R. A ten-year perspective of Jet Grouting:
advansements in applications and technology. Grouting and ground treatment.
Proceedings of the Third International Conference. Vol. 1. No. 120. February,
2003. Pp. 218-235.
57. Burke G.K.The state of the art of jet grouting in the United State. Proceedings of
the International Geotechnical Conference. Moscow, GRF. 30-31 August,
2010. Pp. 51-58.
58. Bustamant M., Gouvenot D. Dimensionnement des colonnes de jet grouting
comme élément porteur et d'ancarage. Comptes rendus du Quinzieme Congres
International de Mecanique des Sols et de la Geotechnique. Instanbul, 27-31
Aout, 2001. Pp. 2777-2782.
59. Celma J.J., Carrion M.A. Design and control parametrs for Jet Grouting. XIII-th
European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering
"Geotechnical problems with man-made and man influenced grounds". Vol.2.
Prague, 25-28 August, 2003. Pp. 87-92.
60. Covil C.S., Skinner A.E. Jet grouting: a review of some of the operating
parameters that form the basis of the jet grouting process. Grouting in the ground.
London: Thomas Telford, 1994. 649 pp.
61. Croce P., Flora A. Analysis of single-fluid jet grouting. Géotechnique. 2000.
Vol. 50. No. 6. Pp. 739-748.
62. Croce P., Flora A., Modoni G. Jet Grouting. Technology, Design and Control
New York: CRC Press Taylor&Francis Group. 2014. 298 pp.
63. Croce P., Modoni G. Numerical modelling of jet-grouted foundations. 5th
European Conference Numerical Methods in Geothecnical Engineering. Paris, 4-
6 September, 2002. Pp. 453-458.
64. Croce P., Flora A., Modoni G. Experimental investigation of Jet-grouting.
Foundation and Ground Improvement. Proceedings of the Conference American
Society of Civil Engineers "2001 a GeoOdissey", Blacksburg, VA. 9-13June, 2001.
147

148
Pp. 245-259.
65. Croce P, Modoni G. Design of jet-grouting cut-offs. URL: https:
//www.researchgate.net/publication/250073174
66. Croce P., Modoni G The characteristic strength of jet-grouted material
Geotechnique. 2018, Vol.3. Pp.234-253.
67. Croce, P. and A. Flora The characteristic strength of jet-grouted material. Rivista
Italiana di Geotecnica . 1998. Vol.2. pp. 5-14.
68. Dabbagh A.A., Gonzalez A.S., Pena A.S. Soil erosion by a continuous water jet.
Soil Found. 2002. Vol. 42. No. 5. Pp. 1-13.
69. Deutshe Norm DIN 4093-2015 "Bemessung von verfestigten Bodenkorpern -
Hergestellt mit Dusenstrahl". November 2015. 36 p.
70. Durgunoglu H.T., Kulac H.F., Yilmaz S., Kocak D.Case history for soil
improvement of SETAT 2002 High Rise Residential by Jet Grouting in Istanbul.
Grouting and ground treatment. Proceedings of the Third International
Conference. New Orlean, Louisiana, 10-12 February, 2003. Vol. 1. No. 120. Pp.
377-388.
71. Durgunoglu, H. T., Kulac, H. F., Oruc K., Yildiz, R. Sickling J., Boys, I. E., A
case history of ground treatment with jet grouting against liquefaction, for a
cigarette factory in Turkey. URL: https://www.researchgate.net/publication/
268590870_A_Case_History_of_Ground_Treatment_with_Jet_Grouting_against
_Liquefaction_for_a_Cigarette_Factory_in_T urkey.
72. EN 12716:2001 Execution of special geotechnical works - Jet grouting. The
Sector Committee for Building and Civil Engineering. 15 August 2001. 38 p.
73. Flora, A. et al., The diameter of single-, double- and triple-fluid jet grouting
columns: Prediction method and field trial results. Geotechnique. 2013.
Vol.63(11). Pp. 934-945.
74. Franz R.J., Camper K.E. Jet grout culumns in mixed profile to controle
foundation settlement Gerald Ratner Athletics Center. Grouting and ground
treatment. Proceedings of the Third International Conference. 2003. Vol. 1. No.
120. Pp. 389-400.
148

149
75. Gubashova V. Experience of performance of the horizontal anti-filtration screen
with the application of double fluid jet grouting. Wschodnioeuropejskie
Czasopismo Naukowe (East European Scientific Journal). Poland, 2020. №1(53)
Pp. 28-34.
76. History technology examples of applications. The Jet Grouting. Pacchiosi, Italy.
URL: http://www.pacchiosi.com/] etgrouting.asp
77. Ibragimov M. N. Characteristics of soil grouting by hydro-jet technology. Soil
Mechanics and Foundation Engineering. 2013. Vol. 50. No. 5. Pp. 200-205.
78. Ibragimov M. N, Semkin V. V. Soil Stabilization by Cement-Grout Injection.
Izdatel'stvo ASV. 2012. 238 p.
79. Imanishi H., Yamauchi Y. Ground behavior during soil improvement by Jet
Grouting. Grouting and Deep Mixing. Balkema, Rotterdam. 1996. Pp. 133-136.
80. Jet Grouting technology equipments experiences. Pacchiosi, Italy. URL:
http://www.pacchiosi.com/] etgrouting.asp
81. Katzenbach R., A. Weidle H. Hoffmann. Jet grouting: Chance of risk assessment
based on probabilistic methods. Proceedings of the 15th ICSMFE, Istanbul,
Turkey, 27-31 August, 2001. Pp. 1763-1766.
82. Kanematsu H. High pressur jet grouting method. Civil Construction. 1980. Vol.
21. No. 13. pp. 136-147.
83. Kauschinger J.L., Perry E.B., Hankour R. Jet grouting: state-of-thr-practice.
Grouting/soil improvement and geosynthetics, ASCE Geotech. Spec. Publ. 1992.
Vol. 1. No. 30. Pp. 169-181.
84. Kauschinger J.L., Hankour R., Perry E.B. Methods to estimate compisition of Jet
Grout bodies. Grouting soil improvement and geosynthetics. Vol. 1. No. 30. Pp.
194-205.
85. Lunardi P. Il consolidamento del terreno mediante jet grouting. Quarry and
Construction, 1992. pp. 127-140.
86. Lunardi P. Groung improvement by means of jet-grouting. Ground
improvement. 1997. Vol. 1. Pp. 65-68. URL: www.rocksoil.com.
87. Meyers J., Meyers T., Petrasic K. Jet grout of steeply excavated soil slope.
149

150
Grouting and ground treatment. Proceedings of the Third International
Conference. February, 2003. Vol. 1. No. 120. Pp. 318-329.
88. Miki G. Soil improvement by jet grouting. Proc. 3rd Int. Geothechnical Seminar
on Soil Improvement Method. Singapore. 27-29 November, 1985. Pp. 45-52.
89. Miki G., Nakanishi W. Technical progress of jet grouting method and its newest
type. Proceeding of the international conference on in situ soil and rock
reinforcement. Paris. 27-31 August, 1984. Pp. 195-200.
90. Modoni G., Croce P., Mongiovi L. Theoretical modelling of jet grouting.
Géotechnique. 2006. Vol. 56. No. 5. Pp. 335-347.
91. Modoni G., Bzowka J. Analysis of foundations reinforced with jet grouting,
Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2012. No. 138(12),
pp. 1442-1454.
92. Modoni G., Njock P., Arulrajah A., Yong-Hyun Kim A review of jet grouting
practice and development. Arabian Journal of Geosciences. 2018. №11. DOI:
https://doi.org/10.1007/s12517-018-3809-7.
93. Morey J., Mathieu F. Le procédé "JetPlus" optimise le jet grouting. Symposium
International Sur l'Amélioration des Sols en Place. Paris, 9-10 September,
2004. Pp. 245-261.
94. Morey J., Campo D.W. Quality control of jet grouting on the Cairo metro.
Ground Improvement. 1999. Vol. 3. No. 2. Pp. 67-75.
95. Pacchiosi drill. History technology examples of applications. The Jet Grouting
URL: www.pacchiosi.com
96. Plaxis 3D Foundation. Material models manual. Plaxis bv, AN Delft, The
Netherland. URL: www.plaxis.nl.
97. Rawling C.G., Hellawell E.E., Kilkenny W.M. Grouting for ground engineering.
Construction Industry Research & Information Association (CIRIA), 1998. 176
p.
98. Shibazaki M. State of practice of jet grouting. Geotechnical Special Publication
No. 120: Grouting and Ground Treatment. 2003. Vol. 1. Pp. 198-217.
99. Shibazaki M., Yokoo M., Yoshida H. Development oversized Jet Grouting.
150

151
Grouting and ground treatment. Proceedings of the Third International
Conference. 10-12 February, 2003. Vol. 1. No. 120. Pp. 294-302.
100. Sonmez Ejder. An investigation on the contribution of jet grout strutting to
the stability of deep retaining systems by finite element method. Dokuz eylül
university graduate school of natural and applied sciences. Izmir, 2010. 120 p.
101. Summers D.A. Waterjetting Technology. Summers D.A. - E & FN Spon,
London. 1995. 882 p.
102. Stein J., Grape J. Jet grouting tests and simulation. Proceedings of the 13th
ECMSGE, Prague, Czech Republic, 25-28 August, 2003. Pp. 899-902.
103. Tornaghi R., Pettinaroli A. Design control criteria of jet grouting treatment.
Symposium International Sur l'Amélioration des Sols en Place. Paris. 14 October,
2004. Pp. 295-319.
104. Vleeschauwer, H. and Maertens, G., Jet grouting: State of the art in Belgium,
Proceedings of the Conference ‘Grouting-Soil improvement-Geosystem
including reinforcement’, Finnish Geotechnical Society. Helsinki. 7-9 June,
2000. Pp. 145-156.
105. Wong L.W., Ju D.H., Wu P.J. Control of Ground Movements caused by jet
grouting. Intarnational Conference on Ground Improvamant Techniques. Macau.
6-8 May, 1997. Pp. 649-656.
106. Yahiro T., Yoshida H. Intoduction grouting method utilizing high-speed
water jet. Proceedings of the Eighth International Conference on Soil Mechanics
and Foundation Engineering. Moscow. 6-11 August, 1973. Pp. 402-403.
151

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets