Репозиторій ЧДТУ
Репозиторій ЧДТУ зберігає і дозволяє легкий і відкритий доступ до всіх видів цифрового контенту, включаючи текст, зображення, анімовані зображення, MPEG і набори даних
Дізнатися більше
Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6239| Назва: | Зміцнення ґрунтових основ та регулювання основ які отримали нерозрахункові осади фундаментів дрібного закладення |
| Автори: | Григор’ян, Борис Бахшийович Жила, Сергій Борисович |
| Ключові слова: | ґрунтова основа;фундамент дрібного закладення;нерозрахункові осідання;деформації основи;просідання ґрунтів;укріплення ґрунтів |
| Дата публікації: | гру-2023 |
| Короткий огляд (реферат): | Робота присвячена дослідженню причин виникнення нерозрахункових осідань фундаментів дрібного закладення та аналізу сучасних методів зміцнення і регулювання ґрунтових основ. Розглянуто інженерно-геологічні чинники, що впливають на деформаційну поведінку основи, а також поширені дефекти, які виникають у процесі експлуатації будівель. Особливу увагу приділено порівнянню ефективності технологій ін’єкційного зміцнення, ущільнення, геополімерного укріплення та армування ґрунтів геосинтетичними матеріалами. Наведено критерії вибору оптимального методу стабілізації основи залежно від умов будівельного майданчика та характеристик ґрунтів. У роботі сформульовано рекомендації щодо підвищення надійності та довговічності фундаментних конструкцій при реконструкції та ремонті споруд. |
| URI (Уніфікований ідентифікатор ресурсу): | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6239 |
| Розташовується у зібраннях: | 192 Будівництво та цивільна інженерія (Промислове і цивільне будівництво) |
Файли цього матеріалу:
| Файл | Опис | Розмір | Формат | |
|---|---|---|---|---|
| Магістерська робота Жила.pdf Restricted Access | 1.74 MB | Adobe PDF | Переглянути/Відкрити Запит копії |
Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищено авторським правом, усі права збережено.
Extracted text
5 ЗМІСТ ВСТУП………………………………………………………………………… 5 РОЗДІЛ 1. ОГЛЯД МЕТОДІВ ЗМІЦНЕННЯ ГРУНТІВ ОСНОВ І КОМПЕНСАЦІЇ ОСАДУ БУДІВЕЛЬ І СПОРУД…………………………. 8 1.1 Основні причини деформацій, розвитку осадів та втрати несучої спроможності основ та фундаментів будівель та споруд………………….. 8 1.2 Класифікація методів зміцнення ґрунтів основ та компенсації осаду фундаментів будівель та споруд……………………………………… 16 1.3 Ін'єкційні методи…………………………………………………………. 23 1.4 Спосіб нагнітання грунту з використанням розширюваної поліуретанової смоли………………………………………………………… 36 Висновки до розділу 1……………………………………………………….. 44 РОЗДІЛ 2. АНАЛІЗ ПОЛЬОВИХ ВИПРОБУВАНЬ………………………. 45 2.1 Аналіз властивостей ґрунту ударним динамічним зондуванням попереднього процесу ін'єктування………………………………………… 45 2.2 Огляд процесу ін'єктування……………………………………………… 56 2.3 Аналіз дослідження характеристик ґрунту після нагнітання смоли під підошву плити………………………………………………………………… 63 Висновки до розділу 2………………………………………………………... 71 РОЗДІЛ 3. АНАЛІЗ ЛАБОРАТОРНИХ ВИПРОБУВАНЬ………………… 72 3.1 Аналіз лабораторних досліджень смоли………………………………… 72 3.2 Аналіз лабораторних випробувань досліджуваного ґрунту перед його ін'єктуванням розширюваною смолою……………………………………… 81 Висновки до розділу 3 ……………………………………………………….. 83 РОЗДІЛ 4. АНАЛІЗ МОДЕЛЮВАННЯ І МЕТОДУ РОЗРАХУНКУ НЕСУЧОЇ ЗДАТНОСТІ ТА ОСАДІВ, ПІДСИЛЕНИХ РОЗШИРЮВАНОЮ СМОЛОЮ, ОСНОВИ………………………………. 84 4.1 Аналіз моделювання тривісного випробування та визначення напруги в досліджуваному ґрунті без включення смоли……………………………. 84 6 4.2 Визначення параметрів ґрунту з включенням ін’єктованої смоли……. 87 4.3 Техніко-економічний аналіз ефективності запропонованої технології……………………………………………………………………… 90 Висновки до розділу 4………………………………………………………... 92 ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ……………………………………………………... 93 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ…………………………………….. 95 7 ВСТУП Актуальність теми: Зміцнення ґрунтових основ та регулювання основ які отримали нерозрахункові осади фундаментів дрібного закладення є актуальним технічним завданням. Для вирішення цього завдання виробниками розширюваної поліуретанової смоли, що складається з двох компонентів, запропоновано її ін'єктування у режимі «гідророзривів». Науково-технічне обґрунтування такого методу підсилення основ відсутнє. Однак, застосування цієї технології для підсилення основ стримувалося відсутністю теоретичного та експериментального її обґрунтування та відсутністю методу розрахунку несучої здатності та оцінки осад основ після ін'єктування фундаментів смолою. Об'єкт дослідження: ґрунтова основа, складена переважно піщаними ґрунтами, що зміцнюється двокомпонентною розширюючою поліуретановою смолою, що ін'єктується в режимі «контрольованого гідророзриву». Предмет дослідження: фізико-механічні характеристики підсилених розширюваною поліуретановою смолою ґрунтових основ, форми розповсюдження смоли в ґрунтовому масиві та їх напружено-деформований стан. Метою кваліфікаційної роботи є аналіз нового експериментально підтвердженого методу розрахунку несучої здатності та оцінки осаду підсилених фундаментів поліуретановою смолою. Для досягнення мети поставлено та вирішено такі завдання: 1. Експериментальна оцінка ефективності ін'єктування незв'язних ґрунтів, що розширюються смолою в режимі «гідророзривів» для компенсації осадів будівель та швидкого вирівнювання основ. 2. Виконання аналізів досліджень щодо визначення ступеня зміни несучої здатності, модуля деформації та динамічного опору піщаного ґрунту основи, що ін'єктується розширюваною смолою. 3. Визначення геометричних параметрів та форми розповсюдження розширюваної смоли в масиві ін'єктованого піщаного ґрунту основи, а також 8 визначення її об'ємної витрати, необхідної для зміцнення ґрунту основи та підйому фундаменту до заданого рівня. 4. Виявлення співвідношення між щільністю та механічними властивостями розширюваної смоли відповідно до ступеня її об'ємного розширення в масиві укріплених ґрунтів основ. Наукова новизна полягає в наступному: 1. Проаналізовано метод розрахунку несучої здатності та оцінки осадів фундаментів основ підсилених смолою. 2. Розглянуто ефективність та технологію ін'єктування грунтів смолою, що розширюється, в режимі «гідророзривів», що раніше застосовувалася без можливості розрахункового обґрунтування, для компенсації осадів будівель та швидкого вирівнювання основ. 3. Проаналізовано геометричні параметри, форми поширення та щільність смоли, сформованої в масиві піщаного ґрунту основи після ін'єктування та набору міцності. Практична значущість полягає: 1. У можливості практичного використання методу розрахунку несучої здатності та оцінки осадів на підсилених розширюваною поліуретановою смолою ґрунтових основах. 2. В обґрунтуванні способу ін'єктування ґрунтових основ смолою, що розширюється, в режимі «контрольованих гідророзривів» для їх підсилення, компенсації осадів будівель та швидкого вирівнювання основ. 3. У виявленні ступеня зміни несучої здатності, модуля деформації та динамічного опору піщаної ґрунтової основи після ін'єктування його смолою. Методологія аналізу досліджень ґрунтується на методах організаційно технологічного моделювання будівельних процесів, наукових працях вітчизняних та зарубіжних учених з актуальних проблем удосконалення технологічних процесів у будівництві. Достовірність наукових положень, висновків і результатів досліджень магістерської роботи підтверджується: кореляцією теоретичних положень і 9 результатів експериментальних досліджень; повнотою і достовірністю даних; достатнім обсягом використаної літератури. Структура і обсяг роботи. Кваліфікаційна робота магістра складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел із 24 найменувань. Загальний обсяг роботи 97 сторінок. Основний текст магістерської роботи (без урахування змісту та списку використаних джерел) виконаний на 90 сторінках друкованого тексту і містить 58 рисунків, 5 таблиць. 10 РОЗДІЛ 1. ОГЛЯД МЕТОДІВ ЗМІЦНЕННЯ ГРУНТІВ ОСНОВ І КОМПЕНСАЦІЇ ОСАДУ БУДІВЕЛЬ І СПОРУД 1.1 Основні причини деформацій, розвитку осадів та втрати несучої спроможності основ та фундаментів будівель та споруд У цій роботі підсилення основ визначається загалом як штучна зміна властивостей грунтів на будівельному майданчику, чи грунтових споруд у рамках будівельного проекту, здійснюване з метою поліпшення характеристик міцності і підвищення несучої здатності основ при навантаженні. Встановлені проектом параметри зміцнення ґрунтів досягаються сьогодні за допомогою широкого діапазону методів та технологій геотехнічного будівництва, що сприяють істотній зміні фізико-механічних або хімічних властивостей ґрунтів основи, внаслідок чого стає можливим покращити незадовільні ґрунтові умови, головним чином у ситуаціях наявності існуючої забудови, де заміщення ґрунту не є можливим з причин екологічного, технічного чи економічного характеру. Підсилення основ визначається також як зміна властивостей природного ґрунту під підошвою фундаменту фізичним, хімічним або механічним способом з метою забезпечення кращих умов проектування та експлуатації конструкцій, будівель або споруд, а також для вирішення конкретних проблем із основами та фундаментами [1]. Множинні аспекти здатні впливати на стан основ і фундаментів, включаючи природні геологічні та техногенні фактори, які в міру своєї присутності виявляють необхідність вибору та використання різних методів та прийомів зміцнення ґрунту та компенсації осадів фундаментів відповідно до їх доступності у будівельній практиці тієї чи іншої країни, виходячи при цьому зі специфіки технології, до якої необхідно вдатися для вирішення конкретних проблем із основою, а також з обсягу робіт, стану фундаментів, швидкості виконання та бажаних результатів. 11 Згідно з багатьма, і в першу чергу зазначеними у дужках джерелами [2], основні фактори, що викликають опади, деформації та втрати несучої здатності основ і фундаментів, можуть бути класифіковані таким чином: 1- Геологічні (природні) фактори: зводяться до набору факторів, що стосуються стану та міцності ґрунтів основи у світлі різних їх особливостей, таких як класифікація, генезис та наявність органічних включень, погодні умови та інші природні особливості, що впливають на якість ґрунту під підошвою фундаменту. Як наслідок, фундаменти будівель і споруд, таких, наприклад, як дороги або аеродроми, побудовані на пухких типах ґрунтів, зазнають впливу проблем, що виникають у ґрунті, що, у свою чергу, веде до розвитку осад вже в конструкціях самих фундаментів і може вплинути на стан усієї будівлі або проекту будівництва в цілому. Такі пов'язані з природним станом грунтів проблеми варіюють у досить широкому діапазоні - від незначних дефектів у конструкціях будівлі до повного обвалення, викликаного втратою фундаментом несучої здатності. Відповідно, серед інших, наступним авторам [3], природні проблеми ґрунтів основ можна далі класифікувати у такому вигляді: I. Змінні/квазістійкі грунти: Є різновидом неводонасичених грунтів, здатних сприймати відносно високі робочі навантаження, не виявляючи значних змін обсягу в сухому стані, проте при водонасиченні такі грунти схильні до стрімкого і непередбачуваного зменшення обсягу, опадів фундаментів. Змінні ґрунти досить широко поширені по всьому світу [3]. ІІ. Розріджуються грунти: Розрідження відбувається головним чином в незв'язних типах грунтів, які схильні до значної і раптової втрати жорсткості і стійкості в силу зниження міцності на зсув в процесі відгуку на напруги, що генеруються ззовні, такі як землетруси або інші раптові зміни напружених умов грунтового масиву. Цей феномен має досить широке поширення, проте інженерна думка зуміла осягнути його механічну природу лише на початку 1960-х років. Було виявлено, що при впливі землетрусів на водонасичені пухкі ґрунти, останні виявляють тенденцію до осадовості та ущільнюваності; більш того, в масиві грунту були відзначені зміни кута внутрішнього тертя, що 12 знижують його міцність на зсув через збільшення порового тиску, що викликається проходженням поперечних хвиль, що генеруються корінною породою. Тривалість циклічних напруг надзвичайно мала в порівнянні з часом, необхідним для дренування порової води, отже стиснення об'єму ґрунту не може статися негайно; таким чином поступово накопичується надлишковий поровий тиск. Первинне розрідження починається в момент, коли збільшений поровий тиск стає рівним тотальному напрузі, що зводить ефективне напруження до нуля. У початковій стадії первинного розрідження пухкі піски зазнають необмежених деформацій, внаслідок чого спостерігаються значні опади та інтенсивні ушкодження фундаментів будівель та споруд, побудованих на таких основах [4]. ІІІ. Набухаючі ґрунти: Проблема набухання зустрічається головним чином у різновидах глинистих ґрунтів, що містять мінеральні частинки, що розширюються, такі як смектит, нонтроніт, монтморилоніт або інші види мінералів, що мають тенденцію до розширення. Сезонне коливання рівня вологості таких типів ґрунтів веде до значних змін їхнього обсягу. Поглинання вологи даним ґрунтом викликає його розширення, що, у свою чергу, чинить надлишковий тиск на конструкції фундаменту, що впливає на всю надземну частину будівлі або споруди та може призвести до серйозних наслідків. Більш того, в сухому стані дані типи ґрунтів стискуються, в результаті чого з'являється зазор між низом підошви фундаменту і безпосередньо підстилаючим її ґрунтом, що знижує здатність ґрунту основи підтримувати надземну частину будівлі, і є осадом фундаментів. Збитки, що виникають в результаті наявності під підошвою фундаментів набухають ґрунтів, зазвичай не вдається мінімізувати економічно ефективними способами, що ще більшою мірою вимагає використання різних превентивних заходів для компенсації виникають осад і запобігання виникненню дефектів у надземній частині будівель і споруд, в основі яких знаходяться набуха ґрунти [4]. IV. Проблема стійкості укосів та ґрунтового рельєфу: Гористі ділянки земної поверхні займають приблизно одну четверту частину всього ґрунтового 13 рельєфу нашої планети. Проектування фундаментів на таких ділянках має за потребою враховувати ступінь ухилу земної поверхні. різновид ґрунту основи, а також інші обставини таким чином, щоб забезпечити сприйняття адекватних навантажень надземними частинами будівель та споруд, що ґрунтуються на подібному рельєфі. Незважаючи на те, що існує кілька способів зниження ризиків, пов'язаних з наявністю ухилу земної поверхні, проблеми, що асоціюються зі стійкістю укосів, продовжують постійно виникати і зводяться зазвичай до нерівномірності осад, нестабільності напруженого стану ґрунту основи та побудованих на ньому будівель та споруд. Дані ризики набувають значно серйознішого характеру на горбистому та гористому рельєфах, розташованих у сейсмонебезпечних зонах. Практика показує, що навіть при врахуванні необхідних критеріїв проектування та проведенні якісних досліджень інженерно-геологічних умов майданчика будівництва, ймовірність виникнення проблем, пов'язаних з нерівномірністю осад конструкцій фундаментів, більш висока в проектах забудовуваних на горбистому та гористому рельєфах порівняно з рівнинним. Такі проблеми варіюють від незначних дефектів у конструкціях до повної втрати фундаментами несучої здатності при сейсмічній дії [4]. V. Інші проблеми природного або геологічного характеру, здатні вплинути на різні механічні або хімічні властивості ґрунтів основ, і знижувати таким чином їх несучу здатність. Цей різновид проблем пов'язаний головним чином зі складом ґрунтів, ґрунтовими формаціями, наявністю органічних включень, наявністю в ґрунті побутових або промислових відходів, карстових відкладень, крім різних аспектів виключно природного характеру, таких, наприклад, як сезонні коливання рівня ґрунтових вод тощо. Зрозуміло, що вплив рівня ґрунтових вод на характеристики ґрунту є дуже значним через те, що його підвищення знижує кут внутрішнього тертя і зв'язність між частинками ґрунту, що в свою чергу веде до зниження несучої здатності природних основ. Як наслідок, швидке падіння рівня ґрунтових вод підвищує ефективну напругу від тиску вищележачої товщі, що призводить до таких негативних наслідків, як 14 утворення провалів та осідання фундаментів. Такі проблеми піддані докладному розгляду в наступних роботах [5], а також багатьох інших авторів. 2- Проблеми технічного характеру можна підсумовувати як комплекс факторів, породжених помилками інженерної властивості, такими як помилки в розрахунках при проектуванні, недостатні або некоректні інженерно-геологічні дослідження, низька якість будівельних робіт, порушення будівельних норм, зокрема недосягнення необхідних параметрів ущільнення грунтів основи проведення будівельних робіт Крім того, існують аспекти, пов'язані зі зміною об'ємів і навантажень під час експлуатації, що стосуються зміни людських потреб щодо конкретного проекту, такі як необхідність збільшення несучої здатності основ існуючих будівель та споруд з метою сприйняття додаткових навантажень, а також аспекти, пов'язані з якістю будівельних матеріалів, реорганізацією об'єктів інфраструктури та інших конструкцій, зміною аспектів міського планування, забудовою та іншими факторами. Такі проблеми піддані докладному розгляду в наступних роботах, а також багатьох інших авторів [1-4] і можуть бути далі класифіковані як: I. Реконструкція та розвиток міст: Розвиток інфраструктури міст, реконструкція існуючих автомагістралей, аеропортів, історичних будівель та споруд, а також забудова передмість та міських кварталів, у результаті якої з'являються нові житлові будівлі, паркування автотранспорту, школи, поліклініки та інші об'єкти соціального будівництва, є важливими факторами у світлі зростання населення, життєвого циклу будівель та споруд або через зовнішні чинники, такі як землетруси значної магнітуди, вихори, урагани та подібні ситуації. Такі процеси повинні здійснюватися згідно з детальними планами та відповідно до належних проектів виконання робіт, що включають застосування сучасних та безпечних технологій підсилення основ та фундаментів, здатних сприйняти як статичні, так і динамічні експлуатаційні навантаження від надземних частин будівель для забезпечення безпеки та якості проектів. Наприклад, автомагістралі, мости, станції метро, аеродроми та аеропорти зазнають динамічних навантажень і ймовірність розвитку осадів на таких проектах завжди вища, особливо якщо в основі відповідних будівель та 15 споруд залягають слабкі ґрунти. Традиційні методи моніторингу та реконструкції у багатьох випадках є дорогими, що потребують значних тимчасових витрат або можуть застосовуватися лише з певними обмеженнями. Таким чином, для дотримання вимог проекту нагальною необхідністю стає використання адекватних технологій підсилення основ та відновлення фундаментів [5]. ІІ. Помилки при проектуванні є широко поширеною і часто зазначається причиною деформації, розвитку осадів і втрати фундаментами несучої здатності внаслідок неадекватних дій проектувальників та людських помилок у випадках нестачі досвіду та завищених очікувань щодо експлуатаційних параметрів проекту або внаслідок використання для потреб проектування недостатньо розроблених, нездатних забезпечити бажаний результат програмних модулів. Більше того, дається взнаки неуважність проектувальників стосовно інженерних вимог та технічних регламентів завдяки нестачі в них досвіду, обмеженням початкової вартості проекту та нестачі належної попередньої інформації – факторів, на додаток до необхідності адекватної експертизи проектної діяльності, що забезпечує успішне здійснення та експлуатацію будь- якого проекту будівництва. У практиці проектування зустрічаються різноманітні і досить широко поширені недогляди, такі як невиконання розрахунків максимально допустимих напруг для кожного елемента конструкцій, помилки в розрахунках робочих навантажень, необґрунтоване зменшення кількості армуючих елементів у конструкціях залізобетонних фундаментів, зниження чи зменшення розмірності деяких необхідних конструктивних елементів, таких , наприклад, як несучі колони, опори або розподільні балки, тощо упущення, спрямовані на зниження вартості проекту при спробі зберегти його безпеку. Всі ці та інші пов'язані з проектуванням недогляди ведуть до збільшення робочих навантажень на фундаменти, тоді як конструкція самих фундаментів у рамках проекту залишається незмінною. Таким чином, фундаменти виявляються не в змозі сприйняти підвищені навантаження без шкоди для своєї здатності, що несе. Внаслідок цього виникають різні проблеми, пов'язані з неадекватністю конструкцій фундаменту і можуть спричинити втрату його несучої здатності [5]. 16 ІІІ. Низька якість виконання будівельних робіт: Виробництво будівельних робіт на низькому рівні є однією з основоположних причин виникнення деформації, розвитку осадів та втрат фундаментами несучої здатності, що збільшує ймовірність руйнування/обвалення будівель та споруд. Неякісне виконання робіт зі зведення об'єктів пов'язане зазвичай з комплексом помилок, що допускаються будівельниками у процесі виконання робіт, що включає як помилки технічного характеру, так і питання некомпетентності підрядних організацій. Різні аспекти технічної властивості часто ведуть до виконання будівельних робіт на дуже низькому рівні і зводяться зазвичай до нестачі інженерного досвіду, неналежного технічного нагляду, професійної неспроможності підрядників, відсутності польових випробувань, незакінченості будівельних процесів, порушення процедур контролю якості та недотримання технічних регламентів. з метою виконання термінів будівництва незважаючи на неминучу у таких випадках низьку якість робіт. Більш того, існують й інші причини, що ведуть до низької якості виконання будівельних робіт, пов'язані з несумлінністю підрядників та бажанням заощадити на вартості проекту, такі як використання будівельних матеріалів неналежної якості та в недостатній кількості, порівняно із заявленими у проекті, зниження числа робітників на майданчику з метою добитися зниження вартості робіт та інші фактори. Неналежне виконання технічних регламентів, а також застосування неякісних будівельних матеріалів або їх економія значно знижує якість та термін служби будівель та споруд. Помилки в інженерних розрахунках, в результаті яких, наприклад, кількість армуючих елементів в залізобетонних конструкціях фундаменту виходить недостатнім, або співвідношення компонентів у бетонних сумішах виявляється невідповідним до вимог будівельних норм або критеріями проектування, а також багато інших помилок, знижують результуючу несучу здатність фундаментів, підвищуючи ризик аварійних ситуацій [6]. IV. Неякісні інженерно-геологічні дослідження: відповідно до тієї чи іншої геотехнічної ситуації існують різні методи та стандарти, вибір яких обумовлюється геологічним профілем, типом ґрунту, глибиною закладення фундаментів, а також необхідними технічними нормами, що мають різну 17 специфіку залежно від держави та регіону. Виконання досліджень та випробувань ґрунту відповідно до необхідних умов та технічних норм необхідно для забезпечення якості подальшої експлуатації будівель та споруд після будівництва або реконструкції. Основними причинами неякісного виконання геотехнічних досліджень та випробувань є нестача відповідного досвіду у працівників, відповідальних за проведення робіт та порушення норм, що регламентують проведення випробувань. Наприклад, буріння свердловин на недостатню глибину веде до помилок у визначенні шарів геологічного профілю та властивостей складових його ґрунтів, що є одним із провідних критеріїв у виборі типу фундаменту, визначення рівня та сезонних коливань ґрунтових вод та інших аспектів. Більше того, такі фактори як проведення одних випробувань та зневага іншими, ймовірно більш релевантними, непроведення надійного геотехнічного моніторингу через несприятливі погодні умови, лабораторні випробування кількості зразків недостатньої для адекватного представлення властивостей ґрунтів на майданчику та інші недоліки ведуть до бідності необхідних даних дослідження. геологічних умов ґрунтів на майданчику. Геотехнічні дослідження, виконані на неналежному рівні, позначаються надалі як основ, і надземної частини будівлі, викликаючи нерівномірність осад, що веде своєю чергою до різноманітних проблем у конструкціях фундаментів: від виникнення незначних тріщин до цілковитого обвалення надземної частини будинків та споруд [6]. Інші причини технічного характеру: існують багато інших причин, що знижують несучу здатність основ, такі як недостатня відстань між фундаментами різних будівель, що знаходяться в безпосередній близькості один до одного, вплив вібрації від будівельних машин і обладнання провідних роботи поблизу існуючих фундаментів. Ці причини добре вивчені у роботах наступних авторів [1-4], а також у багатьох інших. 18 1.2 Класифікація методів зміцнення ґрунтів основ та компенсації осаду фундаментів будівель та споруд Існують різні методи, що використовуються для підсилення основ, та компенсації осадів фундаментів будівель та споруд, створені для вирішення широкого спектру геотехнічних проблем. Різні види класифікації методів зміцнення ґрунту наведені у роботах наступних авторів [1-4] та багатьох інших. Класифікація методів зміцнення ґрунтів основ та компенсації осадів фундаментів будівель та споруд за механізмом їх впливу на масив ґрунту Методи зміцнення ґрунту можна класифікувати за механізмом їхнього впливу на масив ґрунту наступним чином: 1- Механічне зміцнення полягає у збільшенні питомої ваги ґрунту за рахунок ущільнення ґрунтових шарів, що знижує стисливість ґрунту основи, покращуючи тим самим його властивості міцності. Механічне поліпшення властивостей ґрунтів можна виконати, використовуючи різні механічні методи та обладнання в залежності від типу та глибини ґрунту, що піддається ущільненню та необхідного ступеня ущільнення. Найбільш поширені підходи до ущільнення масиву ґрунту мають на увазі лише приповерхневе ущільнення і полягають у використанні різного обладнання, наприклад портативних механічних трамбовок, вібротрамбовок, вібромайданчиків, гладковальцевих котків, пневмокатків та інших видів обладнання. Тим не менш, глибоке ущільнення ґрунту, наприклад, за допомогою підривних технологій, віброущільнення, динамічного ущільнення, ущільнення за допомогою ін'єктування, перемішування ґрунту, кам'яних колон, набивних стовпів бутових, і т.д. також класифікується як механічне зміцнення [5]. 2- Гідравлічне зміцнення полягає в консолідації ґрунту шляхом витіснення порової води, використовуючи різні гідравлічні методи підсилення, такі як водозниження, вакуумна консолідація, відкачування води з водознижувальних колодязів, дрібних і глибоких свердловин, і так далі. Тим не 19 менш, поліпшення гідравлічних властивостей грунту може бути досягнуто за допомогою використання фізичної, хімічної або електричної системи, що змінює водопроникність грунту або через його дренування за допомогою сучасних систем фільтрації води, підвищення стійкості укосу, організацією водовідведення з обмежених грунтових масивів, електрохімічного закріплення та інших. Вибір відповідного методу залежить від бажаного результату, який може змінюватись від збільшення гідропровідності ґрунту до створення водонепроникного бар'єру в ґрунті основи [6]. 3- Фізико-хімічні методи визначаються як обробка ґрунтів основ різними матеріалами в процесі використання кількох технологій, включаючи технології ін'єктування, перемішування і т.д., спрямовані на покращення міцності та стійкості ґрунту під підошвою фундаменту. Однак, ці методи у своїй більшості були розроблені для поліпшення гідравлічних властивостей грунту, регулювання осадів фундаментів та ряду інших цілей, крім поліпшення фізико- механічних властивостей грунту, таких як його несуча здатність і жорсткість. Фізико-хімічне зміцнення передбачає використання різних технічних рішень та матеріалів. Ці матеріали можуть мати більш хімічну природу, або складатися головним чином з зернистих (цементуються) речовин, або ж являти собою субстанції, властивості яких не можна класифікувати як цементуються ні як хімічні. Тим не менш, фізико-хімічне поліпшення грунту основи головним чином залежить від ступеня фізичної зв'язуваності розчину, що ін'єктується, і частинок грунту, ніж від хімічної реакції між ними, і, більше того, хімічна реакція між складовими грунт елементами і ін'єктованим розчином здатна негативно вплинути на процес зміцнення та призвести до небажаних результатів. Сьогодні використовуються різні технології, включаючи метод ін'єктування ґрунту під тиском та метод перемішування [5]. 4- Хімічне зміцнення: визначається як домішування в ґрунтовий масив різних хімічних присадок або природного ґрунту іншої генези з використанням різних видів техніки та обладнання для покращення властивостей ґрунту основи на основі хімічної реакції присадок з ґрунтовими складами. Для 20 хімічної зміни ґрунту використовуються різні матеріали, такі як цемент, бентоніт, вапно, попіл, природний ґрунт та інші добавки [6]. 5- Зміцнення ґрунтів за допомогою впровадження в нього зміцнювальних та стримувальних елементів: Визначається як зміцнення ґрунту основи за допомогою різних синтетичних або природних зміцнювальних матеріалів для створення високопродуктивних несучих конструкцій, забезпечення боротьби з ерозією, тимчасового захисту від затоплення та підпірних ґрунтових споруд. Металеві армуючі елементи, ґрунтові нагелі, геосинтетичні матеріали (геотекстиль, геоосередки та георешітки), штангові кріплення, мікро-палі, гвинтові анкери та інші технології є основними методами, що використовують механізми впровадження та стримування. Описані методи докладно розглянуті у роботах наступних та інших авторів: [1-4]. 6- Термічна обробка ґрунту: полягає у зміні температури ґрунту основи, використовуючи різні методи, метою чого є постійне підсилення підданого термічній обробці ґрунтового масиву або тимчасове збільшення його міцності та усунення фільтрації води. Термічна обробка використовується для глинистих ґрунтів, так як тепло може впливати на хімічний стан, глинистої фракції, дозволяючи змінювати мінералогію глини через діагенез, що призводить до поліпшення властивостей ґрунту. Нагрівання глини до 400 градусів за Цельсієм призводить до спалювання глинистих мінералів і залишків нафтопродуктів, оскільки високі температури, крім випаровування води, призводять до постійних фізичних реакцій у мінералах, що складають глину, викликаючи тим самим поліпшення властивостей глинистого грунту. Однак, що стосується незв'язних ґрунтів, вплив температури на них зазвичай не має наслідків в умовах, коли температура знаходиться на рівні нижче 1000 градусів за Цельсієм. Необхідно сказати також про заморожування ґрунтів. Заморожування ґрунту - це штучне зниження температури ґрунту, зменшення його теплової енергії, що призводить до зміни стану порової води (вологи) від рідкого до твердого. В результаті заморожена вода діє як своєрідний ін'єктуючий розчин, покращуючи властивості ґрунту. Заморожування можна використовувати для всіх типів ґрунтів і єдиною вимогою є наявність у ґрунті вологи. Однак цей 21 процес має здійснюватися безперервно; в іншому випадку методи заморожування забезпечують лише тимчасове підсилення [6] та інші. 7- Зниження робочого навантаження за рахунок зміни умов передачі робочого навантаження на основи та фундаменти за допомогою різних методів, таких як палі, мікропалі, ін'єкційні анкери, використання полегшених матеріалів, ремонт фундаментів та інші. Ці методи були широко вивчені у роботах наступних авторів [1-4] та багатьох інших. 8- Поєднання кількох підходів. У складних ситуаціях, коли прикладене навантаження занадто високе, а ґрунт слабкий і не здатний нести експлуатаційне навантаження надземної частини будівлі або конструкцій, що призводить до високої деформації ґрунтів основи, та викликає нерівномірні опади та інші негативні наслідки. Таким чином, потрібне поєднання кількох методів і матеріалів для вирішення комплексу геотехнічних завдань за допомогою різних функцій, передбачених кожною з використовуваних технологій. Поєднання методів часто є дорогим, проте вони, як і раніше, забезпечують рішення в багатьох складних геотехнічних ситуаціях, коли той чи інший традиційний метод сам по собі не застосовується для вирішення складних геотехнічних завдань. При виборі комбінації методів слід враховувати різні фактори, такі як норми та геотехнічні критерії, функції, що надаються кожній із технологій, що використовуються окремо, умови проекту, такі як різновид грунту, тимчасові та економічні аспекти проекту, важливість проекту та інші фактори. Комплексне використання різних методів та матеріалів існує та успішно застосовується у світі. Наприклад, вапно і зольний пил часто можуть бути успішно використані в поєднанні для зміцнення незв'язних ґрунтів, через те, що зольний пил є реагентом, з яким вапно може вступити у взаємодію. Крім того, використання електрохімічного закріплення для полегшення проникнення в грунт розчинів, що нагнітаються при ін'єктуванні, поєднання міні-паль зі струменево тампонажними технологіями (jet-grouting) і багато інших видів об'єднання різних підходів і технологій широко використовуються в комплексних умовах підсилення основ і фундаментів [6]. 22 Класифікація методів зміцнення ґрунтів основ та компенсації осадів фундаментів будівель та споруд відповідно з функціями ними виконуваними Крім класифікації методів підсилення основ щодо механізму їхнього впливу на масив грунту, існує класифікація за типом функцій, що надаються кожною технологією, що є істотним фактором при виборі правильного методу для практичного застосування в умовах реального проекту відповідно до необхідності. Відповідно до їх функцій, методи зміцнення ґрунту можна класифікувати як: 1- Підвищуюючі міцність на зсув і несучу здатність ґрунту: полягають у збільшенні міцності ґрунтів основ, що у свою чергу підвищує несучу здатність фундаментів будівель та споруд. Підвищення міцності ґрунту та несучої здатності досягається шляхом ущільнення пухкого незв'язного ґрунту, консолідації слабких глинистих ґрунтів, або ж додаванням різних речовин до складу ґрунту як такого. Основними методами, що призводять до реалізації цієї функції, є: методи механічного зміцнення (віброущільнення, динамічне ущільнення, ущільнення із застосуванням розчинів, що ін'єктуються, методи перемішування грунту), методи хімічної стабілізації, методи фізико-хімічної модифікації (ін'єкційні методи) [6] та інші. 2- Підвищують щільність ґрунту: полягають в ущільненні пухких ґрунтів за допомогою технологій, які додають енергію в ґрунт за допомогою вібрації чи іншого динамічного процесу. Передається енергія переводить пухкий грунт більш щільний стан. Більш щільний ґрунт має підвищені міцність та несучу здатність; його опір розрідження також збільшено. Основними методами, що реалізують цю функцію, є: механічне зміцнення ґрунту (віброущільнення, динамічне ущільнення, ущільнення з ін'єктуванням тампонажними розчинами, методи перемішування), а також фізико-хімічні методи (ін'єкційні методи) [5]. 3- Знижувальні водопроникність ґрунту: полягають у зменшенні кількості води, що протікає через ґрунт. Даний ефект може бути досягнутий шляхом 23 збільшення щільності ґрунту, використання відповідної мережі фільтрації води з ґрунту, а також через додавання ін'єктуючих розчинів або сполучних компонентів, покликаних зробити ґрунт відносно більш водонепроникним шляхом заповнення пустот, що знаходяться в ньому. Основними методами для реалізації цієї функції є: механічна стабілізація (методи глибинного перемішування), хімічна стабілізація (головним чином цементація, стабілізація за допомогою вапна, підсиленим зольним пилом як каталізатор), фізико-хімічні методи (ін'єкційні методи), зміцнення ґрунту шляхом впровадження в його підсилюючих і утримуючих елементів, наприклад різних видів волоконної геосинтетики і бар'єрів [7]. 4- Контролюючі деформацію: в цілому полягає у зниженні загальної або нерівномірної опади, підйому та викривлення, викликаних деформацією ґрунту та запобіганні подальшому осіданню фундаментів. Ця функція може бути реалізована з використанням широкого набору методів, включаючи методи механічного перетворення (методи перемішування, віброущільнення, динамічне ущільнення, кам'яні колони, набивні стовпи бутові та інші), які ущільнюють грунти основи. Крім того, деформація ґрунту також може контролюватись використанням різних методів, які змінюють умови навантаження, що передається на фундаменти (палі, мікропалі, платформи для перенесення навантаження та ін), а також застосуванням легких матеріалів для зниження експлуатаційного навантаження на фундамент. Тим не менш, ін'єкційні способи є найбільш підходящими для стабілізації ґрунту та контролю деформації під існуючими фундаментами з багатьох причин, таких як швидкість реалізації, вартість та висока мобільність, – див [6-8] та інші джерела. 5- Підвищують дренування: полягають у ефективному видаленні води з ґрунтів основи. Майже всі ґрунти набувають кращих міцнісних і жорстких властивостей у міру зниження в них вмісту води. Поліпшене дренування також використовується зменшення тенденції до розрідження незв'язних грунтів. Основні методи, що ведуть до виконання цієї функції: 24 агрегатні колони, колони в обсадці з геотекстилю, електрохімічне закріплення, геосинтетика та інші [7]. 6- Прискорюючі консолідацію: полягають у скороченні часу, необхідного на осаді ґрунту основи. Консолідація може бути прискорена шляхом зменшення довжини траси дренування для зв'язкових ґрунтів у поєднанні із завантаженням насипу або попереднім навантаженням насипного ґрунту. Це може бути досягнуто за рахунок використання збірних вертикальних дрен або подібних до них колон, що полегшують фільтрацію ґрунтової води. Основні методи, що призводять до виконання цієї функції: агрегатні колони, колони з обсадкою з геотекстилю та інші технології [8]. 7- Знижувальні прикладені навантаження: полягають у використанні легковагих насипних матеріалів, що знижують робочі навантаження на ґрунт основи, і тим самим знижують його опади, внаслідок чого фундамент виявляється більш стійким. Основні наповнювачі, за допомогою яких можливе досягнення цього ефекту суть наступні: сипкі пухкі матеріали (деревні волокна; доменний шлак; котельний шлак; спучений сланець; суміш глини та сланцю; подрібнені автопокришки;), наповнювачі, що підвищують компресійну міцність ( Крім того, ця функція може бути реалізована шляхом зміни умов перенесення навантаження в ґрунт з використанням різних традиційних способів (палі, мікропалі, платформи для передачі навантаження та ін) [8]. 8- Забезпечують бічну стійкість: зміна градієнта може бути досягнута шляхом використання ряду підпірних систем, які забезпечують бічну стійкість і міцність ґрунтового масиву в основі будівлі або споруди, у ситуаціях як відкритої розробки ґрунту, так і в ситуаціях з пристроєм насипу або застосування зворотного відсипання. Така функція може бути реалізована як вертикальних, так похилих ситуацій. Основними методами, що дозволяють реалізувати цю функцію, є: стіни з механічно стабілізованим ґрунтом (MSE), підсилені укоси, ґрунтові нагелі та інші [6-8]. 9- Підвищують стійкість до розрідження. Стійкість незв'язних ґрунтів до розрідження може бути досягнута шляхом ущільнення ґрунтів вібраційними або динамічними методами, які збільшують щільність незв'язних ґрунтових 25 матеріалів. Інші засоби підвищення стійкості до розрідження включають додавання розчинів і сполучних речовин у матрицю ґрунту, підвищення дренування ґрунту та ізоляцію потенційно розріджуваних ґрунтів, а також агрегатні колони, глибоке динамічне ущільнення, глибоке перемішування, віброущільнення та ін'єкційні методи [8]. 10- Передавальні вертикальні навантаження на більш стійкі шари ґрунту або скельної породи: вертикальні навантаження передаються через пухкі або слабкі ґрунти різними методами та технологіями, які переносять експлуатаційні навантаження на шари ґрунту, здатні адекватно їх сприйняти. Ця функція допомагає контролювати опади та підвищує стійкість фундаментів, побудованих на слабких ґрунтах. Навантаження передаються палями, мікропалями, платформами для перенесення навантаження та ін [7]. 1.3 Ін'єкційні методи Ін'єкційні методи: визначаються як обробка масиву ґрунту на різних глибинах і в різних шарах різними розчинами незалежно від хімічного компонента розчину, що нагнітається (на хімічній основі, в'яжучих, полімерів) під різним тиском з використанням різного обладнання (рукавних труб, пакерів, гідравлічних систем та ін. ) з метою поліпшення характеристик оброблюваного ґрунту відповідно до поставлених геотехнічних завдань, див [5-8] та інші джерела. Ін'єкційні способи мають більш високу вартість порівняно з іншими традиційними методами, що використовуються в галузі зміцнення ґрунту та реалізують подібну геотехнічну парадигму. Проте практика показує, що ін'єкційні методи можуть бути єдиним здійсненним рішенням та забезпечити найбільш ефективні шляхи виправлення багатьох проблемних ситуацій з фундаментами, особливо в умовах щільної міської забудови при існуючих будівлях та спорудах, де інші методи обмежені у використанні з низки причин. Існує безліч методів ін'єктування для різних типів ґрунтів та для кількох функцій застосування. Ці методи поділяються на кілька різновидів залежно від 26 хімічних компонентів розчину, що нагнітається, механізму, яким розчин передається в масив грунту, тиску нагнітання і одержуваного результату. Згідно з хімічною природою розчинів, що ін'єктується, методи ін'єктування можуть бути класифіковані як: силікатизація, смолізація, електрохімічне закріплення, бітумна, вапнування, цементація, мікроцементація та інші [6]. Залежно від їх тиску методи ін'єкції переважно класифікуються як: • Низький тиск нагнітання: ін'єкція в режимі просочення, цементація, мікроцементація та інші [5, 6]. • Високий тиск нагнітання: струминна технологія (струменева цементація), напірна (високонапірна) ін'єкція, манжетна технологія нагнітання (горизонтальна ін'єктування), ін'єктування за допомогою геотехнічних систем «геокомпозит» та інші. Відповідно до того, як розчин потрапляє в масив ґрунту, методи нагнітання в основному поділяються на дві основні категорії, як це описано в [5-8] та інших джерел: 1- Без усунення: розчин потрапляє в масив ґрунту, не викликаючи усунення або руйнування раніше існуючого ґрунтового утворення. У свою чергу, основними механізмами, що використовуються для переходу розчину, що нагнітається, в масив грунту, не викликаючи зсуву грунту, є: Інтрузія: розчин потрапляє в ґрунт через природні порожнечі або тріщини. Витрата инъектируемого речовини залежить від в'язкості розчину, що нагнітається, гранулометричного складу розчину і коефіцієнта фільтрації грунту. Таким чином, спосіб застосовується до крупнозернистих ґрунтів, таких як гравій і крупнозернисті піски. Однак інші типи ґрунтів, такі як тріщинувата скельна порода, можуть оброблятися спеціалізованими дрібнодисперсними розчинами та розчинами з низькою в'язкістю. Нагнітання текучих суспензій цементно- глинистих розчинів є основними принципами, що реалізуються в масиві грунту інтрузійними способами [8]. 27 Просочення. Основна відмінність методу просочення від метола інтрузії в тому, що розчини, що використовуються в цьому підході, складаються з легкодоступних комерційних хімічних реагентів, які проникають в грунт через існуючі пори і порожнечі грунтового масиву. Оскільки хімічні агенти є закінченим розчином (рідина) і в суспензії немає твердих частинок, вони можуть проникати в ґрунти дрібнішого гранулометричного складу (від пісків середньої та дрібної крупності до пилуватого піску). Однак хімічні реагенти можуть містити розчинені елементи, які вступають у безпосередню реакцію з оброблюваними ґрунтами. Вапно, зольний пил, бентоніт, силікат натрію є основними розчинами, що використовуються для застосування цього методу, див. 2- Зі зсувом: Споконвічна грунтова формація зазнає впливу ін'єкції розчину в масив. Основними механізмами, що використовуються для переходу нагнітальних розчинів у ґрунт, що викликають зміщення ґрунту, є: Ущільнююча цементація: Традиційна ущільнююча цементація заснована на зміщенні грунтової маси за допомогою низькоусадочного будівельного розчину (суміш води, піску і цементу), який нагнітається в шари основи, що обробляються, утворюючи суцільні бульбоподібні обсяги закріпленого грунту. Сучасна технологія ущільнення ґрунту способом ущільнюючої цементації була розроблена в США у 1950-х роках. Сьогодні цементуючий розчин можна вводити вертикально (прямо через плити підлоги) або похило під різними кутами. Ущільнювальна цементація зазвичай використовується для збільшення несучої здатності основ, контролю осад на пухких ґрунтах, відновлення фундаментів та зменшення розрідження. Цей метод може бути застосований до різних типів ґрунтів, але в основному до незв'язних і сипучих ґрунтів, таких як пухкі піски або природні ґрунти, які мають більшу крупність ніж пилуваті піски [1]. Ін'єктування з розривом (гідравлічний розрив): Нагнітання розчину здійснюється під високим тиском, створюючи взаємопов'язані розриви в масиві ґрунту, заповнені закачаним розчином, щоб забезпечити зміцнення 28 та ущільнення ґрунту. Процес зазвичай повторюється кілька разів, щоб забезпечити взаємозв'язок множинних розривів. Цей метод називається компенсаційним нагнітанням, коли використовується для стабілізації осадів фундаментів. Основними методами ін'єкцій з використанням механізму гідророзриву є напірна (високонапірна) ін'єкція та манжетна (горизонтальна) ін'єкція [6]. Ерозійне ін'єктування: Процес нагнітання здійснюється під високим тиском (до 100 МПа) через високошвидкісні форсунки (600-1000 футів/сек), таким чином, що відбувається гідравлічний розріз, ерозія, перемішування та заміщення існуючого ґрунту, утворюючи дуже однорідний і високоміцний грунт цементний склад. Цей процес має назву струминна технологія закріплення (jet grouting) [9]. Силікатизація: Заснована на хімічній реакції рідкого силікату натрію (Na2SiO3) з масивом ґрунту. Основним інгредієнтом багатьох ін'єкцій силікату є розчин силікату натрію у воді, який відомий як «рідке скло». Цей розчин містить як вільний гідроксид натрію, так і колоїдну кремнієву кислоту [8]. Додавання певних реагентів, солей чи кислот (фосфорна, сірчана, кремнефтористая) чи коагулятора (Al2 (SO4)3) призводить до підвищення рН грунту. Внаслідок цього розчинення силікатів з поверхні частинок ґрунту сприяє утворенню гідрогелю, що покриває частинки ґрунту і зміцнює навколишній грунтовий масив, що ін'єктується. Це відомо як односторонній метод силікатизації (одно розчинний спосіб силікатизації) [7]. Крім того, існує інший спосіб силікатизації, так званий двосторонній метод силікатизації (Дво- розчинний спосіб силікатизації), який заснований на додаванні кислої солі, такий як хлорид кальцію (CaCl2) або магнію хлорид (MgCl2) до силікату натрію. Під час нагнітання відбувається швидка реакція з утворенням силікагелю складного гідроксиду металу. Також існує газова силікатизація, яка є обробкою силікату натрію затверджувачем на основі діоксиду вуглецю (CO2), який призводить до підсилення реакції між обробленим ґрунтом та розчином силікату натрію, що не вступив у реакцію, що призводить до додаткового ущільнення ґрунтового масиву. Метод силікатизації обмежений грунтами, в 29 яких порожнечі досить великі, щоб дозволити проникнення розчину, що ін'єктується, при розумних тисках. Зокрема, дрібнозернистий пісок, по суті, вільний від пилуватих частинок, і глина, або гравій, з присутністю дрібної фракції, ймовірно, можуть бути успішно піддані такому ін'єктуванню. Силікати натрію також використовуються як вторинна добавка до суміші ґрунт-цемент, ґрунт вапно, ґрунт-вапно-зольний пил для підвищення ефективності зміцнення ґрунту та зниження витрат на його подальшу обробку [6] . Основними недоліками цього методу є несприятливі результати при його застосуванні в ґрунтах з високим вмістом органіки, висока вартість силікату натрію, необхідність проведення повторної процедури ін'єктування, оскільки швидка реакція при двосторонньому методі силікатизації призводить до утворення колоїдного силікагелю дуже швидко і не дозволяє розчину проникати на ну. глибину. Крім того, кристалізація колоїдних силікатів може змінюватись від гомогенних колоїдних агрегатів надзвичайно малих одиниць полікремнієвої кислоти та гідроксиду металу до гетерогенних мас, що викликають неоднорідну стабілізацію [8]. Подальша розробка цього методу здійснюється наступними та багатьма іншими авторами. Електрохімічне закріплення (електроосмос, електрокінетичне водозниження): Ця технологія була винайдена в 1807 Ф.Ф. Рейс. Починаючи з 1809, проведені експерименти продемонстрували здатність застосовувати постійний струм, щоб спровокувати фільтрацію води через глинистий грунт [1]. Однак, згідно інших джерел, цей метод був вперше застосований у польових умовах у 1930-х роках (Casagrande), який встановив основні засади цього підходу у своєму патенті на нього у 1935 році. Процес електрохімічного закріплення заснований на протіканні електричного струму між позитивним та негативним полюсами (катодним та анодним полюсами) через водонасичений ґрунт, що змушує воду мігрувати у напрямку до катодного (негативного) полюсу, що, у свою чергу, підвищує коефіцієнт фільтрації ґрунту. Якщо зібрана вода на катодному полюсі відкачується (зазвичай з використанням механічного насоса), це призводить до зниження вмісту води в грунті (рисунок 1.1). Таким чином, відбувається ущільнення ґрунтового масиву, що призводить до 30 підвищення міцності та зниження стисливості ґрунту за допомогою так званого електрозміцнення. Більш того, цей процес може бути використаний як свого роду каталізатора для полегшення проходження розчинів, що инъектируются через грунтовий масив при т.з. електросилікатизація, або електролітичної обробки) [1]. Крім того, різні дослідження довели ефективність цього методу у зниженні потенціалу ґрунту до розрідження. Величезний внесок можна побачити в наступних роботах [1, 9] та багатьох інших. Рисунок 1.1 – Схема електроосмосу водного транспорту та зневоднення Смолізація: Процес заснований на обробці масиву ґрунту розчином синтетичної смоли. Різні типи іонних смол хімічного походження, такі як акрили, ацетати, лігносульфонати, епоксиди та інші, широко використовувалися як розчин для ін'єкцій з різними цілями, такими як швидке зміцнення ґрунтових сільських доріг, інфраструктури, для військових маневрів (доріг, аеродромів, посадкових вертолітних майданчиків) та інших об'єктів. Впровадження цього методу має багато переваг, таких як простота застосування, швидке затвердіння, швидкий набір міцності і високі характеристики міцності, що досягаються протягом 10-12 днів після застосування, і висока стійкість ін'єктованих розчинів 31 [5]. Однак основними недоліками цього методу є негативні впливи на навколишнє середовище через високу хімічну токсичність смол, що застосовуються, обмеження використання в грунтах з високим вмістом органічних речовин через можливі несприятливі результати і високу вартість через високу витрату смоли [5,83,139,142–144]. У світлі вищезгаданого багато експертів відмовилися від використання цього методу, і багато продуктів було знято зі світового ринку. Внесок у розвиток цієї технології можна побачити у роботах наступних авторів [8] та інших. Цементація: Метод цементації заснований на проникненні твердих частинок цементу в масив ґрунту під низьким тиском (0,2-0,6 МПа), головним чином, для заповнення тріщин і порожнеч присутніх в грунті [1]. Найбільш поширеним цементним продуктом, який використовується для ін'єктування, є портландцемент. Портландцемент виготовляється з комбінації вапна, кремнезему, глинозему та заліза, яка при приготуванні як хімічно активний агент сама по собі або в поєднанні з ґрунтовою сумішшю забезпечує міцну та постійну водостійку структуру в ґрунті. Різні типи присадок, такі як гідратований бентоніт, зольний пил або пари кремнезему, суперпластифікатори, велонова смола та інші, поєднуються з цементом для підвищення продуктивності суспендованого розчину для ін'єктування в грунт. Існує кілька переваг використання цього способу, такі як легка доступність та низька вартість цементних виробів у порівнянні з іншими матеріалами. Однак існує і багато обмежень використання методу цементації, таких як обмеження на його застосування, в основному, у крупнозернистих ґрунтах, таких як гравій, крупнозернисті піски та тріщинуваті породи, в деяких випадках через труднощі проникнення зважених частинок у масив зв'язних ґрунтів. Крім того, водоцементне співвідношення, тиск нагнітання, в'язкість розчину та коефіцієнт фільтрації ґрунту істотно впливають на якість і продуктивність цього методу. При низькому тиску (0,2-0,6 МПа) проникнення зважених частинок масив ґрунту на бажану глибину стає скрутним [8]. Істотний внесок у розвиток та вивчення технологій цементації зроблено у роботах наступних авторів [1], а також багатьох інших. 32 Мікроцементація: цей метод дуже подібний до методу цементації в цілому. Основна відмінність полягає в тому, що цементні матеріали подрібнюються для зменшення розмірів завислих частинок, що забезпечує краще проникнення розчину в дрібніші тріщини та порові простори. Деякі дрібнодисперсні присадки, такі як доменний шлак або інші дрібні шлаки, подрібнені або розмелені до розміру пилуватих частинок, використовуються для виробництва цементних дрібнозернистих продуктів. Ці добавки відіграють важливу роль у забезпеченні ефективності цементного розчину та дозволяють використовувати дрібнодисперсний цемент для підсилення пісків середньої та дрібної крупності. Крім того, використання різних пластифікуючих агентів під час процесу ін'єктування стає необхідним для збільшення адгезії між дрібнодисперсними частинками під тиском нагнітання. Таке поліпшення якості та продуктивності значно дорожче порівняно з традиційною технікою цементування [1]. Про досягнення у розвиток і вивчення цієї технології можна зробити висновок з наступних робіт, і деяких інших авторів. Ін'єктування в режимі просочення полягає в ін'єктуванні масиву ґрунту різними типами розчинів під низьким тиском (0,2 МПа) з використанням різного ін'єкційного обладнання, такого як труби або пакери. В результаті тріщини і порожнечі в грунті заповнюються розчином, що нагнітається, не порушуючи існуючу структуру грунту, що призводить до зниження вмісту води в грунті і, відповідно, зниження його стисливості. Основним недоліком цього методу є те, що він обмежений ґрунтами суто специфічного типу (в основному пухкими ґрунтами) через низький тиск, який не дозволяє частинкам ін'єктованих сумішей рівномірно розподілятися в дрібнозернистих ґрунтах. Таким чином, даний спосіб обмежений пухкими ґрунтами з коефіцієнтом фільтрації до 80 м/добу [5]. Внесок у розвиток цієї технології можна побачити у роботах наступних авторів [1-3], а також багатьох інших. Струменева технологія закріплення (jet-grouting): Цей метод був розроблений та запатентований у Японії в 1977 році. Техніка струминного 33 ін'єктування заснована на розмиванні ґрунту струменем цементного розчину під високим тиском (до 100 МПа), водою або суміші розчину, води та повітря, та одночасне нагнітання цементного розчину в розмитий ґрунт з використанням струминного монітора. Спеціальна бурова штанга і монітор піднімаються і обертаються одночасно, щоб об'єднати розчин з частиною обробленого ґрунту, утворюючи так звану пульпу (groundcrete), або замінити більшу частину ґрунту закачаним розчином. В результаті утворюються круглі цементні колони, виготовлені нижче підошви фундаментів. Весь процес струменевої цементації виконується в попередньо пробуреній свердловині піонером діаметром зазвичай близько (100 мм) або за допомогою монітора струминної цементації [8]. Далі процедура завершується одним із трьох основних варіантів роботи струменя в залежності від використовуваного компонента (рисунок 1.2): див. Одноструменева технологія: використовується спеціальна порожня бурова штанга, в яку зверху вводиться струменевий монітор з одним горизонтальним соплом, що занурюється в піонерну свердловину. Розчин цементної суспензії нагнітається під дуже високим тиском до (60 МПа), тоді як бурова штанга та монітор обертаються та витягуються одночасно. Розчин, що виходить із сопла з високою швидкістю, руйнує навколишній грунт і поєднується з ним до утворення пульпи (groundcrete). Ефективний радіус впливу залежить від декількох факторів, таких як властивості ґрунту, що ін'єктується, використовувані параметри струминної цементації та інші. Як правило, отримані діаметри колон коливаються від (0,3–0,6 м) у зв'язкових ґрунтах до (1,2 м) у сипучих ґрунтах [8]. Двоструменева технологія: Нагнітається розчин знаходиться в контурі стисненого повітря, що забезпечує більш ефективний вплив на грунт, що ін'єктується. Процес виконується з використанням спеціальної коаксіальної бурильної колони та струминного монітора. Функція повітря полягає в тому, щоб служити бар'єром між ґрунтовими водами і розчином, що нагнітається, що значно підвищує ефективність впливу на навколишній грунт. Крім того, повітря сприяє турболізації шламу, що підвищує ефективність його видалення. В результаті отримані колони 34 коливаються в межах (0,6-0,9 м) у зв'язкових ґрунтах і до (1,8 м) у сипучих ґрунтах, див. Трьохструменева технологія: Розчин нагнітається в ґрунт за допомогою тривісної бурильної колони та монітором з відповідними насадками. Під час процесу нагнітання струмінь води в повітряному контурі розмиває ґрунт, тоді як розчин вводиться одночасно через окремі насадки. Розмиваючі потоки розташовані вище рівня подачі розчину, що призводить до майже повної заміни навколишнього ґрунту розчином, що нагнітається, у міру вилучення монітора. В результаті в ґрунті утворюються колони великого діаметра в межах (0,6-1,5 м) у зв'язкових ґрунтах і до (3,6 м) у сипучих ґрунтах [7]. Супер-струменева технологія (Superjet grouting/Jumbo Jet): це найбільш недавно розроблений варіант двоструминного зміцнення, який включає два або більше потоку розчину, що ін'єктується в повітряному контурі з декількох насадок, які часто знаходяться на різних рівнях і встановлені в протилежних напрямках на монітор. В результаті утворюються грунто бетонні колони з діаметром, аналогічним триструминної цементації, але без складності системи з трьома компонентами. Удосконалена система нагнітає значну кількість повітря та розчину, внаслідок чого на ґрунт прикладається набагато вища енергія [7]. 35 Рисунок 1.2 – Системи технологій струминної цементації Безперечно, цей спосіб є високопродуктивним. Таким чином, нині струменеві технології ін'єктування ґрунту під тиском застосовуються у всьому світі завдяки своїй високій продуктивності, економічності порівняно з іншими методами у багатьох випадках. Тим не менш, існують деякі обмеження, і слід враховувати різні ризики використання методу струминної цементації, які можна класифікувати в такий спосіб [9]. 1- Необхідний ретельний контроль і уважний моніторинг, так як високий тиск при настільки ж високій швидкості потоку, що передається на грунт, що ін'єктується, представляє ризик як для вищерозташованих шарів грунту, так і для існуючої забудови. 2- Ефективні діаметри пульпи, що формується в грунті, залежать від конкретної системи, параметрів нагнітання і особливостей грунту на майданчику. Таким чином, для встановлення оптимальної відстані між отворами насадок та робочих параметрів зазвичай виконується пробне ін'єктування. 3- Міцність отриманої в результаті змішування ґрунтоцементної маси варіюється в залежності від гранулометричного складу обробленого ґрунту та частки доданого цементуючого матеріалу. 36 4- Технологія, як правило, обмежується великомасштабним будівництвом через складність обладнання, високу вартість, великі трудовитрати і необхідність присутності досвідчених фахівців, крім нестачі простору на невеликомасштабних проектах, що перешкоджає високій продуктивності цього методу і, отже, обмежує його застосування. 5- Хоча сформована пульпа є досить однорідною, проте, технологія все ж таки обмежена грунтами, вільними від валунів, великих каменів та інших перешкод. Розвиток методу струминної цементації можна простежити за наступними роботами [6-8] та багатьох інших. Напірна (високонапірна) ін'єкція: полягає в нагнітанні різних розчинів у масив ґрунту з використанням систем високого тиску (0,6-10 МПа), які цілеспрямовано руйнують існуючі ґрунтові утворення методом, що часто називається гідравлічним розривом (фрекінгом). Процедура була розроблена у Франції (звідки походить відповідний термін «claquage» з метою підвищення здатності звичайного суспензійного розчину проникати в ґрунт. Нагнітання розчину зазвичай здійснюється з використанням рукавних труб і гідравлічних систем. Під час процесу нагнітання мережа взаємопов'язаних тріщин заповнюється розчином для забезпечення стабілізації та утримання ґрунту, тим самим зменшуючи водопроникність і збільшуючи міцність ґрунту Технологія гідророзриву може застосовуватися на будь-якій глибині в масиві ґрунту і майже для будь-якого його різновиду, і головна перевага цієї технології в тому, що її можна використовувати на зв'язкових ґрунтах, де інші методи нагнітання або непридатні , або менш ефективні. Тріщини можуть поширюватися в будь- якому можливому напрямку (вертикальному, похилому, горизонтальному).Таким чином, процес зазвичай виконується ітераційно, з багаторазовими повтореннями ін'єкції, з метою забезпечити взаємозв'язок безлічі тріщин, що утворюються, причому щоразу ін'єктується обмежена кількість розчину для можливості управління процесом, а також для забезпечення зв'язку між тріщинами, що виникають. 37 Таким чином, недоліками цього методу є непередбачувані розміри та величина результуючих тріщин, а також відсутність прямих методів контролю над процесом нагнітання розчину та отриманими результатами, у той час як непрямі методи, такі як випробування статичним зондуванням після ін'єктування, використання гідродатчиків, інклінометрів у свердловинах. інших засобів моніторингу є відносно дорогими [8]. Істотний внесок у розвиток та вивчення даної технологій зроблено у роботах наступних авторів [7-8], а також багатьох інших. Манжетна (горизонтальна) технологія ін'єкції: Полягає в нагнітанні розчину глибоко в масив ґрунту через бетонолітні труби (так звані «манжетні колони»), які були створені у Франції, і вперше застосовані у складі даної технології на глибині 100 м під греблі Сере-Понсон річці Дюрансе французькою компанією «Soletanche» у 1950-х роках. Нагнітання розчину здійснюється через бетонолітну трубу (рисунок 1.3), що складається з металевої трубки, що має перфорацію по довжині через рівні інтервали. Зовні отвори мають захист із гуми. Під час використання цієї технології бажаний інтервал по довжині бетонолітної труби ізолюється системою подвійних пакерів, тиск розчину між пакерами виштовхує його через гумову втулку; при цьому розчин передається в навколишній масив ґрунту за допомогою механізму гідророзриву, який забезпечує локальне ін'єктування на будь-якому горизонті з можливістю регулювати та контролювати тиск ін'єкції. Для використання манжетної колони потрібно попередньо пробурена свердловина, в яку вставляється труба, а простір між трубою та свердловиною заповнюється розчином. 38 Рисунок 1.3 – Гідророзриви, що утворюються в ґрунтовому масиві при використанні манжетної технології [7]: 1 – манжетна труба (труба ін'єктор); 2 – обойма; 3 – пакер; 4 – кільце тампонів; 5 – ґрунт; 6 – формування гідророзриву; 7 – отвори перфорації Спосіб ін'єкції «геокомпозит», «геомасив»: Нагнітання цементних розчинів здійснюється через металеві трубки довжиною від 3 до 6 м. із розрахованою геокомпозитною системою розривів. Після процесу ін'єктування взаємопов'язані шари залишаються пов'язаними у геокомпозитній системі у вигляді лінії, що з'єднує центри інжекторів. Основним недоліком цього способу є велика витрата розчину, що нагнітається [7]. 1.4 Спосіб нагнітання грунту з використанням розширюваної поліуретанової смоли Технологія ін'єктування ґрунту з використанням поліуретанової смоли, що розширюється, заснована на хімічній реакції двох компонентів поліуретанового композиту, змішаних у гідравлічній системі під високим тиском і нагнітаються в масив ґрунту за допомогою інжектора через невеликі заздалегідь пробурені свердловини, діаметром від 12 до 12 до. Технологія була вперше застосована в 1996 Карло Кантері (Carlo Canteri), засновником італійської компанії Uretek [10]. 39 З того часу фахівцями були представлені різні технічні звіти та випадки з практики, що базуються на реальному досвіді застосування цієї технології в різних проектах. Тим не менш, більшість з цих звітів не дають достатніх обґрунтувань застосування даного методу як зміцнення инъектируемого масиву ґрунту. Крім того, більшість з небагатьох доступних досліджень з цієї теми зосереджена на швидкому процесі підйому, що забезпечується технологією під час ін'єктування, оскільки цей метод в основному використовується для підйому існуючих основ та фундаментів. У зв'язку з цим менше уваги приділяється механізму взаємодії цієї технології з масивом ґрунту та впливу технології на міцнісні властивості ґрунтів основ існуючих будівель та споруд. У процесі ін'єктування смола, що надходить в грунт, збільшується в обсязі в порівнянні з початковим. Процес об'ємного розширення відбувається через хімічну реакцію між компонентами смоли. Розширення смоли виходить у результаті екзотермічної реакції між поліолом та ізоціанатом при їх поєднанні в об'ємно закономірних пропорціях. Під час хімічної реакції утворюється велика кількість вуглекислого газу, що викликає об'ємне розширення суміші і утворення губчастої структури, що уловлює бульбашки газу, що утворюються. Утворення вуглекислого газу потребує присутності води, яка реагує з ізоціанатною групою. У відсутність води використовується хімічно інертний набухаючий агент з низькою температурою кипіння, який випаровується, споживаючи частину тепла полімеризації. Процедура ін'єктування в процесі застосування даної технології виглядає так: 1- Буріння свердловин діаметром від 12 до 30 мм. Діаметр свердловин вибирається в залежності від обладнання та інжектора, який використовується для процесу ін'єкції. 2- Трубки для ін'єкції впроваджуються в зони грунтового масиву до глибини, на якій потрібно зробити ін'єктування. Зони нагнітання композиту вибираються відповідно до різних аспектів, таких як ефективна глибина фундаменту та місце розташування осадів в основі. 40 3- Два компоненти поліуретанової смоли, що розширюється (з високим коефіцієнтом розширення) змішуються в гідравлічній системі і поступово ін'єктуються в ґрунтовий масив за допомогою спеціального інжектора через заздалегідь пробурені свердловини невеликого діаметру. 4- Процес ін'єктування контролюється та відстежується до досягнення бажаних результатів підйому з використанням різних спеціально розроблених процедур. Найпростіший та найефективніший моніторинг здійснюється за допомогою лазерного рівня високої точності. У 2008 році Buzzi провів лабораторне випробування з дослідження структурних, фізико-механічних і гідравлічних властивостей зразків поліуретанової смоли, що розширюється, в типовому набухаючому глинистому грунті з використанням скануючого електронного мікроскопа і випробувань на необмежене сжа. Щільність досліджуваної композитної піни у цих випробуваннях знаходилась у межах від 37 до 145 кг/м3. Було виявлено, що напруги плинності смоли як у висхідному, так і в поперечному напрямках були схожі і, мабуть, обмежені значеннями від 250 до 500 кПа, а реалізовані величини тиску при розширенні досягали 10 МПа. Зниження на 68% пікового тиску набухання для безпористого глинистого грунту було зафіксовано для грунтового матеріалу, що має лише 1% макропустот у своєму загальному обсязі. Крім того, автор заявив, що піна, що утворюється, відносно стійка до водопоглинання і може використовуватися для витіснення і виключення води в багатьох геотехнічних ситуаціях, при тому, що оточуюча вода не впливає на якість піноутворення, завдяки її структурам закритої пористості. При цьому слід зазначити, що, згідно з досвідом автора, поширення в грунті пінополіуретану, що спінюється, є в принципі довільним явищем, і немає ніяких практичних даних про закономірності його проникнення в різні типи грунтів. Подальшим дослідженням Buzzi в 2010 році стало вивчення результатів польового застосування даного методу для оцінки лабораторного експерименту, проведеного раніше, а також для вивчення впливу ін'єктованої смоли на фільтраційні характеристики і гідравлічну провідність ґрунту, на додаток до дослідження впливу ін'єкційної смоли на глинистих ґрунтів, розташованих у 41 штаті Меріленд, Австралія. Автор стверджує, що смола розповсюджується у ваннах через існуючі тріщини або створює нові тріщини, що поширюються на поверхню фундаменту. Піноутворюючий композит вводиться в грунт поступово, а його розширення використовується для підйому конструкцій, що зазнали осаду. Ін'єктована смола не запобігає регідратації ґрунту, але максимально затримує її. В результаті цього випробування водопроникність грунту була знижена, на тлі відсутності будь-яких несприятливих впливів смоли, що спінюється на існуючу забудову через природний процес набухання, при тому, що смола, що нагнітається, є нетоксичною, і не має потенціалу вступити в яку-небудь хімічну реакцію з мінералами, що розширюються, в масиві грунту. Низька в'язкість і плинність смоли забезпечують її легке проникнення в будь-який тип грунту, при її затвердінні вона витісняє воду без негативного впливу на структуру і властивості самого матеріалу, що нагнітається. У 2010 році Popik вивчив вплив такої смоли на процес підйому дорожнього покриття із заторфованим ґрунтом основи, розташованого у Флориді. Було виявлено, що тиск смоли, що ін'єктується, виміряний виготовленим з нержавіючої сталі грунтовим манометром, швидко зростав у процесі ін'єктування. Автор зазначив, що структура поліуретанової смоли здатна витримувати та розподіляти експлуатаційні навантаження від дорожнього покриття через шари торфу. Проте дані зондування конусом у цьому дослідженні показали майже повну відсутність збільшення жорсткості шару торфу після ін'єктування смолою, а стабілізація грунту під дорожнім покриттям не вдалася, як з'ясувалося в результаті випробувань динамічним конусом (DCPT). Таким чином, переконливі докази успіху цієї технології в галузі зміцнення ґрунту все ще відсутні. Відповідно до рекомендації самого автора, необхідні подальші різні випробування та додаткові дослідження, вивчення потенційної міцності піни, що утворюється в масиві грунту в процесі застосування цієї технології. У 2011 році, P.Hellmeier провів експеримент з вивчення впливу двох різних композитів поліуретанових смол (GeoPlus і GeoPlus1), вироблених 42 компанією Uretek, на незв'язні гравілисті ґрунти та два різні типи зв'язкових ґрунтів. За результатами випробувань DCPT було засвідчено підвищення динамічного опору ґрунтів, що випробовуються. Однак, за результатами цього випробування, поведінка композитної смоли в масиві грунту, мабуть, залежить як від типу грунту, так і від різновиду смоли, що ін'єктується, і її властивостей міцності. У 2014 р. Sai Tejaswi Lanka провів лабораторні випробування з метою вивчення впливу різних величин додаткового навантаження на вертикальне зміщення і міцність на стиснення поліуретанової смоли, що спінюється. Результати цього дослідження доводять, що значення міцності на стиск смоли не залежить від додаткового навантаження, а значення вертикального зміщення смоли збільшується щодо кількості її об'єму, що ін'єктується. У 2014 р. R.Valentino провів лабораторний експеримент з метою вивчення деформаційної поведінки спінюваної смоли. Автор заявив, що існує недостатньо наукових знань про спільну поведінку ґрунту та поліуретанових смол та доступних досліджень, проведених у польових умовах. Автор рекомендував, що для використання поліуретанових смол як техніки зміцнення ґрунту необхідно провести більше польових наукових досліджень та розробити відповідні методи розрахунку та покращити процедури проектування. У 2015 році, Niederbrucker провів польові випробування на трьох різних майданчиках, використовуючи плоский дилатометр DMT. Результати випробувань плоским дилатометром, отримані з цих трьох випробувальних майданчиків, показують хорошу кореляцію між ін'єктованим грунтом поліуретанової смолою і дилатометричним модулем. Випробування показало, що вплив напруги можна виміряти з відривом до 1,5 м, що виражає зону ефективного впливу ін'єктованого композиту. Однак вплив смоли на властивості ґрунту у цьому випробуванні підтвердити не вдалося. Автор заявив, що для вивчення впливу смоли на властивості ґрунту необхідні великомасштабні випробування та геотехнічні дослідження, оскільки проведені випробування плоским дилатометром є лише непрямим методом дослідження інженерно- 43 геологічної ситуації, тим часом як механічні властивості ґрунту слід оцінювати за допомогою так званих індексних параметрів ID, kD , ED. У 2015 р. T. Apuani була розроблена і застосована процедура моніторингу процесу ін'єктування з використанням тривимірного топографічного випробування на питомий електричний опір, яка дозволяє прогнозувати локалізацію смоли, що ін'єктується, в присутності води судячи зі зміни питомого електричного опору викликаного міграцією води у ґрунті після ін'єктування. У цьому конкретному дослідженні було відзначено збільшення питомого електричного опору в оброблених композитом обсягах ґрунтів, тоді як зменшення питомого опору спостерігалося в навколишніх не ін'єктованих обсягах, тому що їх вологонасичення підвищувалося через міграцію води з об'ємів ін'єктованих. Автор рекомендував дане випробування як найкращу практику для моніторингу та контролю процесу ін'єктування смоли через те, що цей процес можна варіювати відповідно до результатів, отриманих у ході випробування на питомий електричний опір у міру проведення робіт. У 2015 р. Warren вивчав можливість використання цієї технології в процесі реконструкції залізничної колії, розташованої в Дейтоні, штат Іллінойс, США. Згідно з геотехнічними та геофізичними випробуваннями, підстилаючий слабкий грунт в основі залізничної конструкції руйнувався в точках концентрації найбільшої напруги до ін'єктування смоли в грунт. За результатами випробувань ґрунту динамічним зондуванням було виявлено, що продуктивність дослідженої залізничної основи була збільшена після застосування поліуретанового композиту. У 2016 р. Alsabhan Abdullah продовжив дослідження, яке провів Warren. Ґрунтова основа залізничної колії, розташованої в Медісоні, штат Вісконсін, США, була ін'єктована поліуретановою смолою. Ін'єкцію контролювали методом тривимірного топографічного випробування на питомий електричний опір. Дослідження показало вплив ін'єктованого композиту на підйом та покращення експлуатаційної придатності залізничної колії та здатність композиту витісняти воду з ґрунту, заповнюючи порожнечі та тріщини. Автор заявив, що ін'єкція, мабуть, є економічно ефективнішим методом порівняно з 44 традиційними заходами підтримки належного технічного стану залізничних шляхів. У 2016 р. Nowamooz спробував вивчити вплив ін’єктованої смоли на поведінку високопластичних глинистих ґрунтів. В результаті була представлена аналітична модель, заснована на результатах динамічного зондування та пресіометричних випробувань, отриманих при дослідженні ін'єктованого ґрунту в польових умовах. Автор стверджує, що для визначення поведінки поліуретанового композиту в масиві ґрунту потрібно найкраще аналітичне рішення та додаткові лабораторні та натурні дослідження. Відповідно до рекомендації автора, для оцінки ефективності технології необхідні подальші дослідження для визначення оптимального обсягу ін'єктування, поширення смоли в масиві ґрунту та впливу смоли на його фізико-механічні властивості. У 2016 році Fakhar [11] провів лабораторне випробування для порівняння застосування поліуретанової смоли, що спінюється, використаної при ремонті робочої автодорожньої магістралі, і методу, що використовує матеріал GeoCrete. Зразки ґрунту, що містять як смолу, так і ґрунт були вилучені після ін'єктування смолою та випробувані в лабораторії, з метою визначити вплив смоли на співвідношення порожнин та набухання ґрунту. Результати цього дослідження показують, що ін'єктований спінений поліуретан успішно заповнює всі існуючі порожнини, порожнини, завдяки чому індекс набухання значно знижується. У 2016 р. Jeremy Hess [12] займався вивченням впливу смоли, що нагнітається, на рівень грунтових вод і гідропровідність грунту. Було виявлено, що смола, що ін'єктується, може успішно використовуватися як бар'єр для відсікання грунтових вод і для зниження вмісту води в грунті. Результати дослідження показали, що ін'єктування смолою є кращою практикою у процесі відсікання ґрунтових вод. Використання смоли, що спінюється, як ін'єкційний бар'єр для контролю рівня грунтових вод було сертифіковано Національним санітарним фондом (NSF) і Американським національним інститутом стандартів (ANSI). Було відзначено багато переваг цього методу, включаючи швидке затвердіння смоли, що досягає 90% кінцевої щільності протягом перших 15 хвилин після ін'єкції і повністю твердне через 24 години. 45 У 2016 р. Iman Golpazir [13] провів лабораторний експеримент, вивчивши динамічну поведінку сумішей пінополіуретан-пісок у процесі проведення циклічного триосного випробування з контрольованою напругою. Ці лабораторні випробування проводилися для оцінки можливості використання поліуретанової піни як відповідний матеріал для зниження сейсмічного тиску ґрунту на геотехнічні споруди, такі як підпірні стінки, опори мостів та заглиблені трубопроводи. Результати цього експерименту показали значне покращення динамічного модуля зсуву піщано-пінної суміші. Збільшення відсоткового вмісту поліуретанової смоли у суміші призводить до збільшення стійкості піску до зсуву. Оцінка динамічних властивостей пінополіуретану при ін'єктуванні показує, що цей матеріал можна розглядати як потенційну альтернативу для зниження сейсмічного тиску ґрунту. У 2017 р. Neelam Phougat [14] порівняв різні способи покращення властивостей ґрунтів основ і зазначив, що полімери є найбільш ефективним способом з багатьох причин, включаючи їх нетоксичну поведінку. Тим не менш, робіт, що досліджують використання полімерів, включаючи поліуретанові смоли, для стабілізації грунтів існує дуже мало. Вплив композитів, що ін'єктуються, на зниження потенціалу ґрунту до розрідження та сейсмічний відгук піщаного ґрунту, ін'єктованого спінюваною поліуретановою смолою, були вивчені Traylen у 2018 р. [15], в процесі чого автором були використані різні типи випробувань ґрунту, такі як пресіометричні випробування, випробування динамічним конусом (DCPT), дилатометричні випробування та ін. Було виявлено значне поліпшення динамічних властивостей піску, що випробовується після ін'єктування смолою, що спінюється. Дилатометричні випробування показали збільшення показника горизонтальної напруги KD з 50 до 150% після застосування смоли. Швидкість зсувних хвиль збільшилася приблизно на 50%, відносна щільність збільшилася на 30%, а коефіцієнт ліжка (k) збільшився приблизно на 50-90% у різних точках ін'єкції. 46 Висновки до розділу 1 1. Існуючі фундаменти піддаються різним природним та промисловим впливам у процесі експлуатації. Однією з основних та найактуальніших проблем є нерівномірність осадів фундаментів, що призводить до негативних наслідків, таких як тріщини та дефекти, аж до руйнування фундаментів та втрати ними несучої здатності. Таким чином, виникає необхідність у розробці та використанні ефективних методів, які будуть покликані усунути осади будівель та споруд та зміцнити ґрунти основ шляхом вирішення різних геотехнічних проблем залежно від типу ґрунту та складності проекту. 2. Існують різні способи, що використовуються для підсилення основ та компенсації осадів існуючих будівель та споруд при проведенні реконструкції. Кожен спосіб має свою сферу застосування, засновану на функціях, нею реалізованих, і доступність її використання в умовах того чи іншого проекту, а також відповідно до масштабу критичної ситуації та ступеня необхідного підсилення. 3. У світовій практиці одним з ефективних сучасних методів, що активно використовуються в останні роки для підйому основ і фундаментів, є технологія ін'єктування грунту з використанням поліуретанової смоли, що спінюється, що складається з двох компонентів. Існує багато переваг використання цієї технології, такі як швидкий і чітко контрольований процес підйому фундаментів, який стає можливим завдяки тому, що смола, що ін'єктується, швидко набирає міцність, можливість її використання практично для всіх типів грунтів, в силу того, що пропонований поліуретановий композит не містить будь-яких частинок, розмірність яких може бути обмежена відповідно до пористості оброблюваного грунту. 47 РОЗДІЛ 2. АНАЛІЗ ПОЛЬОВИХ ВИПРОБУВАНЬ 2.1 Аналіз властивостей ґрунту ударним динамічним зондуванням попереднього процесу ін'єктування З метою виконати аналіз двокомпонентної спінюваної полі уретанової смоли на несучу здатність, модуль деформації та динамічний опір піщаного ґрунту основи, а також оцінити ефективність ін'єктування даним композитом для компенсації осад будівель і споруд та швидкого вирівнювання ґрунтів, був проведений повномасштабний польовий експеримент поліуретанової смолою, що спінюється в режимі гідророзриву [7]. Основними цілями польового експерименту є: 1. Оцінка ефективності ін'єктування незв'язних грунтів смолою, що розширюється, в режимі «гідророзривів» для компенсації осадів будівель і швидкого вирівнювання основ. 2. Визначення ступеня зміни несучої здатності, модуля деформації та динамічного опору піщаного ґрунту основи, що ін'єктується розширюваною смолою в різних точках ін'єктування та на різній глибині ґрунтового масиву. 3. Визначення геометричних параметрів і форми поширення смоли, що розширюється, в масиві ін'єктованого піщаного грунту основи. 4. Визначення фактичної об'ємної витрати поліуретанової смоли, що спінюється, необхідного для зміцнення грунту і підйому плити дослідного фундаменту до заданого рівня. З поверхні майданчик сплановано бетонними плитами. Рельєф ділянки рівний, ухили близькі до нульових. Позначка поверхні землі становить приблизно +16,100. За геотехнічним звітом місця дослідження залягають такі інженерно-геологічні елементи (ІГЕ): ІГЕ-1 Техногенні відкладення (t-IV) представлені насипними ґрунтами: піском різної крупності (від дрібного до гравявого). 48 ІГЕ-2 Пісок дрібний, сірувато-коричневий, середньої щільності, з прошарками піску пилуватого, середнього ступеня водонасичення та насичений водою, поширений повсюдно під насипними ґрунтами [7]. Для досягнення цілей, заявлених вище, на майданчику було проведено аналіз повномасштабного польового експерименту: на аналізованому майданчику було обрано дві ділянки квадратною формою, кожну з розміром сторони 3 м, як показано на рисунку 2.1. На кожній ділянці розташовувалася з/б плита товщиною 0,2 м. Процес ін'єктування грунту під тиском з використанням поліуретанової смоли, що спінюється, в режимі гідророзриву здійснювався на одній ділянці, в той час як друга ділянка приймалася як контрольна (на цій ділянці закачування не проводилося) для порівняння результатів [7]. Рисунок 2.1 – Загальний вид на майданчик до проведення випробувань Польовий експеримент був розділений на п'ять етапів [7]: 1- дослідження піску перед нагнітанням для визначення його несучої здатності, модуля деформації та динамічного опору. 2- процес ін'єктування з метою підйому та вирівнювання плити дослідного фундаменту на рівень 1 см та зміцнення дослідженого ґрунту під ним. 3- відкопування ін'єктованої ділянки з метою визначення геометричних параметрів і форми поширення спінюваної поліуретанової смоли в масиві ґрунту, що досліджується. 49 4- дослідження піщаного ґрунту після процесу нагнітання композиту для визначення ступеня зміни несучої здатності, модуля деформації та динамічного опору піску внаслідок ін'єктування. 5- порівняння результатів польових досліджень піщаного ґрунту основи до і після нагнітання композиту для визначення змін характеристик бробленого масиву після ін'єктування його смолою, що спінюється. Як дослідження механічних характеристик ґрунту включали два різні типи геотехнічних випробувань: Випробування ґрунту ударним динамічним зондуванням проводилося на контрольній ділянці та на ін'єктованому до і після нагнітання смоли. Штампове випробування проводилося на контрольній ділянці та на ін'єктованому після нагнітання смоли. Загальний план польового експерименту показано рисунку 2.2. Рисунок 2.2 – Загальний план польового експерименту. Точки розташування ін'єкційних свердловин, точки зондування та фактичні розташування штампових випробувань на обох ділянках Динамічне випробування на опір [8] проникненню конуса (DCPT) широко використовується в польових умовах для кількісної оцінки характеристик грунтових шарів. У всьому світі були встановлені різні кореляції для отримання показників міцності та модуля деформації ґрунтів за результатами цього випробування. Таку популярність даного методу можна пояснити економічністю випробувань, простотою експлуатації та перевагою у забезпеченні відтворюваних результатів, а також швидкістю оцінки одержуваних властивостей. Однак основне застосування динамічного зондування в усьому світі полягає у прогнозуванні величин середньої щільності ґрунту та оцінці якості ґрунтових шарів по глибині. Точність випробування 50 залежить від багатьох факторів, але в основному від обладнання, що використовується для його проведення, і типу грунту, що досліджується. У піщаних ґрунтах випробування забезпечує відносно більш високу точність порівняно з іншими різновидами ґрунтів, особливо в пухких та занурених ґрунтах, де важко отримати непорушені зразки [7]. Перед нагнітанням смоли був підготовлений випробувальний майданчик, у процесі чого тіло бетонної плити було просвердлено по всій товщині до початку ґрунту під її підошвою в місцях, вибраних для зондування. Середня товщина бетонної плити складає близько 200 мм. Динамічне випробування на опір проникненню конуса проводилося за методикою [16] як на контрольному, так і на ділянках, що ін'єктуються, щоб визначити динамічний опір по досліджуваному масиву грунту, оцінюючи таким чином щільність шару насипного піску на основі результатів випробувань. Загалом у межах проведення умовного динамічного зондування перед ін'єктуванням порівняння було обрано 12 точок; п'ять точок були обрані на кожній випробувальній ділянці, як було передбачено для цього польового експерименту. Точки розташовані симетрично та пронумеровані (№ 1-10) у чотирьох кутах та по одній точці в центрі кожної ділянки, як показано на рисунку 2.3. Крім того, додаткові дві точки зондування (№ 11 та 12) були виконані на випробувальному майданчику на відстані 1 м від точок (№ 4 та 5), щоб підтвердити результати, які отримують з контрольної ділянки. Випробування проводилося повному обсязі відповідно до вимог, крім тих точок, де зонд було більше занурюватися. Результати динамічного зондування для кожної випробуваної точки на обох майданчиках до ін'єкції смоли показані на рисунках 2.4-2.15. Середнє значення динамічного опору всіх досліджених точок для контрольної ділянки перед ін'єкцією ґрунту показано рисунку 2.16 [16]. 51 Рисунок 2.3 – Розміщення точок динамічного зондування DCPT перед ін'єктуванням ґрунту смолою Середнє значення умовного дин амічного опору ґрунту, Рd, МПа Рисунок 2.4 – Результати динамічного зондування для контрольної ділянки перед ін'єкцією ґрунту у точці 1 Глибина занурення зонда Н, м Середнє значення умовного динамічного опору ґрунту, Рd, МПа 52 Рисунок 2.5 – Результати динамічного зондування для контрольної ділянки перед ін'єкцією ґрунту у точці 2 Середнє значення умовного дина мічного опору ґрунту, Рd, МПа Рисунок 2.6 – Результати динамічного зондування для контрольної ділянки перед ін'єкцією ґрунту у точці 3 Глибина занурення зонда Н, м Глибина занурення зонда Н, м 53 Середнє значення умовного динамічного опору ґрунту, Рd, МПа Рисунок 2.7 – Результати динамічного зондування для контрольної ділянки перед ін'єкцією ґрунту у точці 4 Середнє значення умовного дин амічного опору ґрунту, Рd, МПа Рисунок 2.8 – Результати динамічного зондування для контрольної ділянки перед ін'єкцією ґрунту у точці 5 Глибина занурення зонда Н, м Глибина занурення зонда Н, м 54 Середнє значення умовного дин амічного опору ґрунту, Рd, МПа Рисунок 2.9 – Результати динамічного зондування для ін'єктованої ділянки перед ін'єкцією ґрунту у точці 6 Середнє значення умовного ди намічного опору ґрунту, Рd, МПа Рисунок 2.10 – Результати динамічного зондування для ін'єктованої ділянки перед ін'єкцією ґрунту у точці 7 Глибина занурення зонда Н, м Глибина занурення зонда Н, м 55 Середнє значення умовного д инамічного опору ґрунту, Рd, МПа Рисунок 2.11 – Результати динамічного зондування для ін'єктованої ділянки перед ін'єкцією ґрунту у точці 8 Середнє значення умовного дина мічного опору ґрунту, Рd, МПа Рисунок 2.12 – Результати динамічного зондування для ін'єктованої ділянки перед ін'єкцією ґрунту у точці 9 Глибина занурення зонда Н, м Глибина занурення зонда Н, м 56 Середнє значення умовного динамічного опору ґрунту, Рd, МПа Рисунок 2.13 – Результати динамічного зондування для ін'єктованої ділянки перед ін'єкцією ґрунту у точці 10 Середнє значення умовного динамічного опору ґрунту, Рd, МПа Рисунок 2.14 – Результати динамічного зондування для ін'єктованої ділянки перед ін'єкцією ґрунту у точці 11 Глибина занурення зонда Н, м Глибина занурення зонда Н, м 57 Середнє значення умовного дин амічного опору ґрунту, Рd, МПа Рисунок 2.15 – Результати динамічного зондування для ін'єктованої ділянки перед ін'єкцією ґрунту у точці 12 Середнє значення умовного динам ічного опору ґрунту, Рd, МПа До ін’єктування Рисунок 2.16 – Середнє значення динамічного опору ґрунту основи всіх досліджених точок до ін'єктування [16] Глибина занурення зонда Н, м Глибина занурення зонда Н, м 58 При порівнянні результатів випробувань [16] на динамічне зондування на обох ділянках перед ін'єктуванням смолою, що спінюється, на глибину до 2 м слід зазначити наступне: 1 - Середній динамічний опір по дослідженій глибині ґрунту як контрольної, так і ін'єктованої ділянки до нагнітання смоли було в основному однаковим у кожній точці, що досліджується, і в цілому у всіх досліджуваних точках. Динамічний опір насипного піску варіювався від 1,8 до 6 МПа до глибини 2 м, що свідчить про те, що в основному пісок до ін'єктування його смолою мав щільність від пухкого до середньощільного. 2 - Переущільнення шару ґрунту виразно видно за результатами зондування, як показано на рисунках 2.4-2.15. Результати переущільнення пояснюються використанням досліджуваної ділянки як сховище матеріалів. Таким чином, він зазнавав статичного та динамічного навантаження протягом тривалого часу, що могло стати причиною переущільнення ґрунту. 3 - Результати динамічного зондування на глибині до 2 м показали, що досліджуваний шар піску до ін'єктування мав щільність складання від пухкого до середньощільного, що могло стати причиною розвитку нерівномірних осад залежно від експлуатаційного навантаження. З метою підйому та вирівнювання бетонної плити дослідного фундаменту та зміцнення шару піску під нею, на дослідній ділянці була застосована технологія ін'єктування ґрунту з використанням поліуретанової смоли, що спінюється, в режимі гідророзриву [16]. 2.2 Огляд процесу ін'єктування Технологія ін'єктування грунту з використанням поліуретанової смоли заснована на об'ємному розширенні смоли, що спінюється в результаті хімічної реакції між її компонентами. Ін'єкція здійснювалася з використанням гідравлічної системи (WIWA DUOMIX 230 на 4-колісній стійці, з'єднаній з компресором Quattro Elementi DV-370-50), де два компоненти смоли змішувалися та надходили до зон грунту, які необхідно обробити. Гідравлічна 59 система дозволяє контролювати суміш двох компонентів при різних температурах та тисках нагнітання. Процес ін'єктування був поділений на двох етапах: 1. Першим етапом є зміцнення дослідженого ґрунту, доки не відбудеться і не буде зафіксовано початкове піднесення плити. 2. Другий етап є підйомом і вирівнюванням плити дослідного фундаменту до заданого рівня 1 см, що слідує безпосередньо за процесом закріплення ґрунту основи. Як показано на рисунку 2.17, перед початком процесу нагнітання смоли в ґрунт бетонна плита на ін'єктованій ділянці була обрізана з усіх боків на всю товщину до глибини 0,3 м за допомогою верстата з алмазним диском, щоб забезпечити розмірність досліджуваної ділянки [16]. Рисунок 2.17 – Розрізання бетонної плити на ділянці, що ін'єктується Щоб забезпечити навантаження на бетонну плиту ін'єктованої ділянки, мішки з сипучим матеріалом були розміщені симетрично з чотирьох сторін бетонної плити. Таким чином, пісок під бетонною плитою зазнавав загального 2 навантаження близько 11 тонн (1,2 тонни/м ), якщо підсумувати вагу мішків з матеріалом з урахуванням власної ваги бетонної плити, як показано на рисунку 2.18 [16]. 60 Рисунок 2.18 – Підготовка майданчика до процесу ін'єктування. Під час ін'єктування використовуваний майданчик був завантажений зовнішнім статичним навантаженням (11 тонн, включаючи власну вагу бетонної плити) На ін'єктованій ділянці було обрано розташовані симетрично п'ять точок ін'єкції, як показано на рисунку 2.19. У кожній точці ін'єкція виконувалася в три рівні на трьох різних відмітках по глибині (2 м, 1 м і 0,5 м) відповідно. Обробка піску поліуретановим композитом здійснювалася в кожній точці нагнітання знизу вгору, в силу природи смоли, яка завжди розширюється вертикально знизу вгору [16]. За день до ін'єктування була проведена попередня перевірка працездатності обладнання на випробувальному майданчику, головним чином, щоб перевірити справність системи гідравлічного нагнітання. Процес нагнітання почався в середній точці (точка № 3), оскільки вона є центром бетонної плити, а потім переміщався по обраним решті точках відповідно до зазначених інтервалів глибини. Метою процесу нагнітання було 61 зміцнення шару піску під дослідним фундаментом на глибину до 2 м та вирівнювання бетонної плити дослідного фундаменту з підйомом на 1 см. До початку нагнітання плита мала різні позначки по висоті [16]. Рисунок 2.19 – Схема розташування точок нагнітання на майданчику випробування Процес ін'єктування здійснювався відповідно до наступної процедури [16]: 1- Свердління трьох отворів діаметром 12 мм у плиті в кожній із вибраних точок нагнітання, за допомогою електричного свердлильного верстата. 2- Впровадження ін'єкційних трубок у масив ґрунту (рис. 2.20). 3- Змішування двох компонентів поліуретанової смоли, що спінюється в гідравлічній системі при постійних температурах 15 градусів Цельсія і поступове нагнітання композиту в зони грунту через ін'єкційні трубки за допомогою інжектора під середнім тиском 100 бар. 4- Моніторинг процесу підйому дослідного фундаменту за допомогою цифрового лазерного рівня з високою точністю (0,1 мм) до досягнення попередньо заданого рівня підйому бетонної плити. 62 Рисунок 2.20 – Схема ін’єктування Ін'єктована поліуретанова смола, що розширюється, складається з двох компонентів, що вводяться в масив грунту. Компонент А являє собою поліол, а компонент Б – переважно ізоціанати. Однак, кожен компонент містить у своєму складі добавки відповідно до виробників відповідних матеріалів. Дана смола має потенціал розширення до 30 разів свого початкового обсягу в необмежених просторах за рахунок хімічної реакції, що відбувається між компонентами, що змішуються [16]. Процес нагнітання продовжувався до вирівнювання плити. В результаті вирівнювання окремі краї плити дослідного фундаменту було піднято на рівень до 12 мм після впровадження смоли в ґрунт. Величини підйому були реалізовані негайно у кожній точці нагнітання. Результати підйому по різних краях плити показані на рисунках 2.21-2.23 [16]. 63 Рисунок 2.21 – Бічний профіль бетонної плити на ін'єктованій ділянці до (А) та після нагнітання смоли (Б) Рисунок 2.22 – Кутовий профіль бетонної плити на ін'єктованій ділянці до (А) та після нагнітання смоли (Б) Рисунок 2.23 – Профіль бетонної плити на ін'єктованій ділянці після нагнітання смоли На практиці смола нагнітається і вводиться в ґрунт, перебуваючи у рідкому стані [16]. Хімічна реакція двох компонентів відбувається миттєво, викликаючи розширення смоли та збільшення її обсягу. Хімічна реакція 64 починається і закінчується дуже швидко, і смола починає тверднути в масиві ґрунту протягом декількох секунд, переходячи з рідкого в твердий стан, досягаючи своїх кінцевих фізико-хімічних характеристик протягом декількох хвилин. Проектні параметри традиційних методів ін'єктування [16] в основному визначаються типом і кількістю компонентів, що складають розчин, що нагнітається, тиском нагнітання і доступним об'ємом, який визначає область розподілу результуючого ущільнення. Однак нагнітання поліуретанової смоли, що спінюється відрізняється від традиційного в силу хімічної природи її компонентів. Фактично, пропонована смола, що розширюється, не вимагає тиску впорскування, і процес розширення відбувається виключно внаслідок хімічної реакції компонентів смоли. Тиск розширення смоли може досягати 10000 кПа. Також слід зазначити, що час реакції, який залежить від конкретної смоли, що застосовується і використовуваних каталізаторів, залежить від температури змішуваних компонентів. Таким чином, контролюючи температуру компонентів композиту, що нагнітається, можна прискорити або уповільнити час реакції, контролюючи швидкість процесу набору міцності. Основна роль тиску нагнітання полягає в контролюванні потоку матеріалу, що ін'єктується, що сприяє проникненню смоли в тріщини, утворені в процесі фрекінгу [16]. Коли смола проникає в ґрунт основи, вона збільшується в обсязі, поширюючись через існуючі тріщини та розриви в ґрунті, спочатку створювані режимом гідро- фрекінгу. Тим самим, найкраща практика для управління процесом підйому полягає в контролі співвідношення температури змішування компонентів і тиску нагнітання, разом з додатковим нагнітанням композиту дискретними дозами розчину через інжектор, що дає можливість контролювати підйом фундаментів будівель і споруд до бажаного значення, усуваючи тим самим ризик. Крім того, коли спостерігається початковий підйом, це зазвичай показує, що відбулося зміцнення ґрунту, і розширююча дія композиту тепер спрямована вертикально до основи, викликаючи підйом конструкції, що знаходиться вище. 65 2.3 Аналіз дослідження характеристик ґрунту після нагнітання смоли під підошву плити Після нагнітання смоли [16], що спінюється, було повторно проведено динамічне зондування конусом на ділянці ін'єкції в точках (№ 13-17). Випробування ґрунтів зондуванням поруч із кожною точкою після завершення нагнітання проводилося відповідно до тієї ж процедури, яка використовувалася до ін'єктування, на додаток до трьох точок (№ 18-20), які були обрані випадковим чином у трьох різних місцях посиленої ділянки для підтвердження результатів випробувань , як показано рисунку 2.24. Результати кожної точки після нагнітання смоли порівнюються з результатами суміжної точки аналогічного зондування перед процесом упорскування до максимальної глибини нагнітання (2 м), як показано на рисунках 2.25-2.32. Середнє значення динамічного опору всіх досліджених точок на ін'єктованому ділянці до і після нагнітання смоли показано рисунку 2.33 [16]. Рисунок 2.24 – Розташування точок динамічного зондування до та після нагнітання смоли в ґрунт на тлі розташування свердловин ін'єктування 66 Середнє значення умовного дин амічного опору ґрунту, Рd, МПа Рисунок 2.25 – Результати динамічного зондування на ін'єктованій ділянці до та після нагнітання смоли у точках 6, 13 Середнє значення умовного динам ічного опору ґрунту, Рd, МПа Рисунок 2.26 – Результати динамічного зондування на ін'єктованій ділянці до та після нагнітання смоли у точках 7, 14 Глибина занурення зонда Н, м Глибина занурення зонда Н, м 67 Середнє значення умовного ди намічного опору ґрунту, Рd, МПа Рисунок 2.27 – Результати динамічного зондування на ін'єктованій ділянці до та після нагнітання смоли у точках 8, 15 Середнє значення умовного ди намічного опору ґрунту, Рd, МПа Рисунок 2.28 – Результати динамічного зондування на ін'єктованій ділянці до та після нагнітання смоли у точках 9, 16 Глибина занурення зонда Н, м Глибина занурення зонда Н, м 68 Середнє значення умовного ди намічного опору ґрунту, Рd, МПа Рисунок 2.29 – Результати динамічного зондування на ін'єктованій ділянці до та після нагнітання смоли у точках 10, 17 Середнє значення умовного дина мічного опору ґрунту, Рd, МПа Рисунок 2.30 – Результати зондування на ін'єктованій ділянці після нагнітання смоли у точці 18 Глибина занурення зонда Н, м Глибина занурення зонда Н, м 69 Середнє значення умовного д инамічного опору ґрунту, Рd, МПа Рисунок 2.31 – Результати зондування на ін'єктованій ділянці після нагнітання смоли у точці 19 Середнє значення умовного динам ічного опору ґрунту, Рd, МПа Рисунок 2.32 – Результати зондування на ін'єктованій ділянці після нагнітання смоли у точці 20 Глибина занурення зонда Н, м Глибина занурення зонда Н, м 70 Середнє значення умовного дин амічного опору ґрунту, Рd, МПа Після ін’єктування До ін’єктування Рисунок 2.33 – Середнє значення динамічного опору всіх досліджених точок до і після нагнітання смоли [16] Порівняння результатів випробувань ґрунту ударним динамічним зондуванням усіх досліджених точок до та після нагнітання смоли на глибину до 2 м показують, що: 1 - показники умовного динамічного опору піску значно зросли після нагнітання його смолою (рисунок 2.33). Згідно з отриманими результатами, середній динамічний опір насипного піску до ін'єктування варіювався від 1,8 до 6 МПа по глибині до 2 м, що свідчить про те, що в основному пісок мав щільність складання від пухкої до середньощільної. Однак, після ін'єктування його смолою пісок має щільне додавання із середнім збільшенням динамічного опору на 81%. 2 - Згідно з результатами динамічного зондування до та після ін'єктування смоли, зафіксовано значення радіусу ефективного закріплення ґрунту, що становив 1,8 м, в межах якого вплив ін'єктованого композиту від точки нагнітання виразно помітно. Процес відкопування ін'єктованого грунту було здійснено визначення геометричних параметрів і форми поширення смоли в піщаному масиві й у проведення випробування грунтів штампом. Глибина занурення зонда Н, м 71 Чверть бетонної плити як контрольної, так і ін'єктованої ділянки після ін'єктування смоли була розкрита верстатом з алмазним диском, щоб виконати відкопування. Процес відкопування проводився вручну, щоб, по-перше, уникнути будь-яких порушень ґрунту, які могли б вплинути на результати штампового випробування і, по-друге, правильно визначити геометричні параметри ін'єктованої смоли [17]. Процес відкопування був поділений на три етапи залежно від обраної глибини штампового випробування на обох ділянках. На першому етапі проводилося виїмка ґрунту до глибини 0,4 м, де було вирішено провести верхнє штампове випробування, на другому етапі – на глибину 1,7 м, де планувалося провести глибоке штампове випробування, і остання позначка була визначена як 2 м, оскільки далі цієї глибини нагнітання не проводилося. Зазначені позначки для проведення штампових випробувань були обрані на основі порівняння результатів зондування перед нагнітанням смоли на обох ділянках, для забезпечення максимальної послідовності властивостей піщаного шару на обох ділянках. Процес відкопування проводився на всіх ділянках після виконання чергового штампового випробування на достатню глибину та на достатній відстані, щоб запобігти накладенню результатів штампових випробувань на різних глибинах [17]. Під час другої стадії процесу відкопування на контрольній ділянці було помічено, що рівень ґрунтових вод розташований на глибині 1,4 м, як показано на рисунку 2.34. Рисунок 2.34 – Фіксація рівня ґрунтових вод на глибині 1,4 м 72 Незважаючи на те, що поширення смоли, що нагнітається, має змінний характер залежно від типу грунту, кількості смоли і хімічної реакції її компонентів, може утворюватися смола різної щільності в залежності від ступеня розширення смоли, що спінюється в грунті. Однак смола, що нагнітається, поширювалася в масиві піщаного грунту, утворюючи суцільні стінки спінених затверділих пластин по всій ін'єктованій глибині, що з усіх боків охоплюють ін'єктований пісок, і що з'єднуються один з одним по краях в інтервалі відстаней близько 30-50 см1 Середня товщина див. Таким чином, ущільнений пісок та пластини смоли утворюють єдине гомогенне середовище. Форми розповсюдження пластин смоли в масиві ін'єктованого піску показані на рисунках 2.35-2.36 [17]. Рисунок 2.35 – Різні форми поширення смоли в масиві закріпленого ґрунту на глибині (0,4 m) Рисунок 2.36 – Різні форми поширення затверділої смоли в масиві закріпленого ґрунту по глибині на глибині (1,1 m) 73 Висновки до розділу 2 1. Аналізуючи дослідження вдалося досягти швидкого підйому дослідного фундаменту до заздалегідь заданого рівня 1 см за допомогою ін'єктування ґрунтів, що розширюються поліуретановою смолою в режимі гідророзриву. 2. Були проаналізовані геометричні параметри та форми розповсюдження спінюваної смоли в масиві піщаних ґрунтів основ, встановлено, що смола поширювалася по всій глибині ґрунтового шару на відстані 30-50 см, утворюючи суцільні стінки із затверділих полімерних пластин із середньою товщиною 1-2 см, що охоплюють піщаний грунт, що ін'єктується, з усіх боків, призводячи до його закріплення. 3. Згідно з результатами аналізів динамічного зондування до і після ін'єктування смоли, радіус ефективного закріплення ґрунту склав 1,8 м, в межах якого вплив ін'єктованого композиту чітко помітний і ефективний інтервал глибини нагнітання смоли становив 1 м. 74 РОЗДІЛ 3. АНАЛІЗ ЛАБОРАТОРНИХ ВИПРОБУВАНЬ 3.1 Аналіз лабораторних досліджень смоли Щільність смоли, що утворюється в масиві ґрунту, є найбільш значущим фактором, що впливає на її механічні властивості, і визначальним цим необхідний ступінь зміцнення ґрунту [17]. Щільність ін’єктованої смоли залежить, головним чином, від кількості компонентів, що змішуються при їх об'єднанні в об'ємно встановлених пропорціях. Результуюча щільність смоли, що утворюється в масиві грунту непередбачувана, так як тиск ін'єктування, температури змішування компонентів і тип грунту, що ін'єктується, є іншими факторами, що грають роль поширенні смоли в грунт. Таким чином, фактична густина смоли, що утворюється в ґрунтовому масиві, не може бути точно спрогнозована без проведення лабораторних випробувань смоли. У ході польових випробувань чотири зразки смоли були вилучені з різних місць ін'єктованої ґрунтової ділянки для визначення середньої густини матеріалу, що утворюється після процесу ін'єктування, як показано на рисунку 3.1 [17]. Рисунок 3.1 – Зразки смоли вилучені з ін'єктованої ділянки після процесу нагнітання у польових умовах З кожного видобутого обсягу смоли вирізалися п'ять кубічних зразків із середніми розмірами 3*3 см і відповідно до фактичної товщини шару смоли. Крім того, було підготовлено п'ять додаткових зразків із середніми розмірами 6*6 см. Кожен зразок був відповідним чином підготовлений, і тонкий шар 75 ґрунту, який безпосередньо увійшов у контакт зі смолою, був ретельно видалений [16]. Таблиця 3.1 показує виміряні густини кожного випробуваного зразка і середню густину смоли, що утворюється в масиві ґрунту. Було встановлено, що середня щільність ін'єктованої смоли, що 3 утворюється в масиві грунту, що досліджується, становить 0,184 г/см . 3 Щільність смоли у рідкому стані становить 1,1 г/см . Порівняння щільності смоли в її рідкому стані з щільністю цього ж матеріалу, що утворюється в масиві піску, що досліджується після процесу нагнітання при проведенні польового експерименту, підтверджує, що смола піддалася розширенню в шість разів порівняно з її вихідним обсягом. Відповідно до витрати смоли, що визначається в процесі ін'єктування, було встановлено, що обсяг смоли, необхідний для зміцнення ґрунту, становить 4% від загального обсягу ґрунту, що ін'єктується, в той час як 2% обсягу вимагалося для підняття фундаментної плити до заданого рівня (1 см). Таблиця 3.1 – Виміряні параметри щільності кожного окремого зразка та загальна середня щільність смоли, що утворюється в масиві ґрунту Зразок, Вага, Об’єм, Щільність, 3 3 № г см г/см 1 2,700 14,848 0,182 2 3,273 18,00 0,182 3 3,053 16,240 0,188 4 3,526 20,460 0,172 5 3,437 18,750 0,183 6 3,706 19,200 0,193 7 3,516 19,008 0,185 8 2,394 12,600 0,190 9 2,975 16,074 0,185 76 10 1,938 9,800 0,198 11 2,836 15,552 0,182 12 3,058 17,670 0,173 13 2,520 13,950 0,181 14 3,194 18,254 0,175 15 4,869 25,725 0,189 16 3,563 18,240 0,195 17 2,227 12,250 0,182 18 2,108 11,712 0,180 19 2,990 16,660 0,179 20 4,095 22,050 0,186 21 11,445 60,512 0,189 22 14,137 75,516 0,187 23 11,253 59,532 0,189 24 14,101 75,579 0,187 25 9,100 52,223 0,174 Середня щільність матеріалу 0,184 Для аналізу зразків смоли різної щільності у лабораторних умовах було використано сім ПВХ-трубок зі спеціальним клапаном. Клапани були попередньо приварені до кожної трубки, щоб запобігти їх переповненню смолою під час ін'єктування, як показано на рисунку 3.2. Розміри трубок, що використовуються, однакові, що видно з таблиці 3.2 [16]. 77 Таблиця 3.2 – Розміри трубок, що використовуються в експерименті Довжина трубки 900 мм Внутрішній діаметр трубки 42 мм 3 Об’єм трубки 1246898,124 мм Рисунок 3.2 – Процес ін'єктування під час проведення лабораторних випробувань У кожну трубку вводили смолу за допомогою спеціального інжектора (ін'єкційного пістолета) відповідно до співвідношення змішування компонентів А і Б відповідно (2:1). Для забезпечення подачі смоли в трубки сторонній зовнішній тиск не використовувався. Тобто процес нагнітання здійснювався за допомогою тиску, що виникав в результаті хімічної реакції при розширенні композитних компонентів, що є природною властивістю матеріалу, що застосовується [7]. Смола вводилася в кожну трубку відповідно до послідовного зменшення ваги компонентів, що призводило до утворення зразків різної щільності, що займали повний фіксований об'єм трубки за рахунок об'ємного розширення речовини. Слід також відзначити, що після ін'єктування смола в трубках знаходилася до закінчення процесу затвердіння, що дозволяло смолю смолою набрати свої 78 максимальні механічні властивості. Далі кожна трубка розрізалася п'ять циліндричних зразків приблизно фіксованого розміру 4,25*10 см. Було виявлено, що час реакції ін’єктованої смоли збільшується прямо пропорційно вазі компонентів, що використовуються; однак, ця залежність є нелінійною, як показано на рисунку 3.3. Коефіцієнт розширення Рисунок 3.3 – Залежність між часом реакції та об'ємним розширенням смоли Також виявлено, що об'ємне розширення ін’єктованої смоли зменшується прямо пропорційно до її ваги; однак ця залежність також нелінійна, як показано на рисунку 3.4 [17]. Коефіцієнт розширення Рисунок 3.4 – Співвідношення між коефіцієнтом об'ємного розширення та масою смоли Вага смоли, г Час реакції, с 79 3 Щільність смоли у рідкому стані дорівнює 1,1 г/см . Проте щільність смоли змінюється з властивостей її розширення, і кількість використовуваної смоли грає певну роль її результуючої щільності. Для того самого обсягу ін'єктування різної кількості смоли призводить до утворення різних щільностей порівняно з її початковою щільністю в рідкому стані. Після підготовки отримані 33 зразків були розділені на сім груп відповідно до величин їх щільності, отриманих з обсягів розширення, як показано на рисунку 3.5 [17]. Рисунок 3.5 – Підготовлені зразки смоли різної густини Фактична густина кожного отриманого зразка визначена за методикою, наведеною [7]. Процес вимірювання ваги кожного зразка показаний рисунку 3.6. Середня густина була розрахована для кожного коефіцієнта розширення, як показано в таблиці 3.3. Рисунок 3.6 – Процес вимірювання ваги кожного отриманого зразка 80 Таблиця 3.3 – Отримані величини середньої щільності смоли та коефіцієнти розширення 3 Коефіцієнт розширення смоли Щільність смоли, г/см у трубці фіксованого об'єму 3 0,349 4 0,255 6 0,184 8 0,128 10 0,088 12,5 0,066 15 0,056 На цьому етапі зразки були досліджені за допомогою випробування на одновісне стискування, як показано на рисунку 3.7 з метою визначення механічних властивостей смоли для кожної отриманої щільності. Випробування проводилось у лабораторних умовах за методом встановленої деформації [17]. 81 Рисунок 3.7 – Випробування зразка на одновісний стиск. (А) зразок смоли під час проведення випробування; (Б) зразок смоли після досягнення 4% деформації. (С) зразок після завершення випробування Отримані результати показують, що дана смола може утворювати результуючі композити з різними показниками щільності, що забезпечують широкий спектр механічних властивостей в масиві грунту Е= 5-121 МПа, граничної міцності σ = 0,2-7 МПа, відповідно, при різних співвідношеннях діапазонів розширення 3-15 разів. Отже, смола, що розширюється, може 82 вважатися високоміцним ін'єкційним матеріалом в порівнянні з іншими різними ін'єкційними матеріалами, що використовуються в області зміцнення грунтів основ. Це показує можливість ефективності даної технології для контрольованого підсилення основ у відповідності до їх станів [16]. Отримані співвідношення між щільністю, міцністю та модулем пружності відіграють істотну роль у теоретичному та практичному застосуванні використаної смоли. В результаті цього стає можливим прогнозувати властивості одержуваної смоли відповідно до її щільності, основи, що формується в масиві грунту. 3 Щільні сть, г/см Рисунок 3.8 – Співвідношення між щільністю смоли та її міцністю на стиск Міцність, МПа 83 3.2 Аналіз лабораторних випробувань досліджуваного ґрунту перед його ін'єктуванням розширюваною смолою Зразки ґрунту були відібрані під час польових випробувань з використанням методики відбору проб ґрунту із свердловин. Шість циліндричних зразків були підготовлені і піддані випробуванню на тривісне стиск в стабілометрі за методикою [16] з метою визначення механічних властивостей досліджуваного піску перед його ін'єктуванням. Тиск ущільнення, прикладений до зразків ґрунту, становить 0,1, 0,2, 0,3 МПа, а ступені підвищення тиску – від 0,05 до 0,1 і далі кожні 0,1, оскільки досліджуваний грунт є піском середньої щільності. Гранична основна напруга для кожного випробуваного зразка при втраті несучої здатності наведена в таблиці 3.6. Залежність між головними напругами досліджуваних зразків піску при втраті несучої здатності (руйнуванні) показано рисунку 3.9. Тиск в кам ері, МПа Рисунок 3.9 – Залежність між головною напругою у зразках досліджуваного піску при втраті несучої здатності (руйнування) Результати тривісних випробувань дослідженого піщаного ґрунту в стабілометрі у вигляді графічного паспорта наведено на рисунку 3.10. Вертикальний тиск, МПа 84 Рисунок 3.10 – Графічний паспорт результатів випробувань проаналізованого піску 85 Висновки до розділу 3 1. Була визначена щільність спінюваної смоли, що утворюється в масиві 3 ін'єктованого грунту, яка склала 0,184 г/см ; було також проаналізовано, що в масиві піщаного грунту, що ін'єктується, смола піддалася розширенню в шість разів порівняно зі своїм первісним обсягом. 2. Відповідно виконаного аналізу до витрати смоли, зареєстрованими під час ін'єктування та значенням розширення смоли, вдалося встановити, що обсяг результуючої смоли, необхідний для зміцнення грунту, становив 4% від загального обсягу грунтового масиву, підданого ін'єктуванню, в той час як для підняття фундаментної плити до заданого рівня (1 см) необхідний обсяг смоли становив 2% загального обсягу з урахуванням ступеня її розширення. 4. За допомогою аналізу випробування на тривісний стиск були визначені механічні властивості і параметри досліджуваного піску перед його ін'єктуванням спінюваною смолою, що розширюється. 86 РОЗДІЛ 4. АНАЛІЗ МОДЕЛЮВАННЯ І МЕТОДУ РОЗРАХУНКУ НЕСУЧОЇ ЗДАТНОСТІ ТА ОСАДІВ, ПІДСИЛЕНИХ РОЗШИРЮВАНОЮ СМОЛОЮ, ОСНОВИ 4.1 Аналіз моделювання тривісного випробування та визначення напруги в досліджуваному ґрунті без включення смоли Незважаючи на те, що в результаті проведення аналізу тривісних випробувань вдається отримати точні характеристики властивостей ґрунту, у тих випадках, коли застосовується кінцево-елементне моделювання, правильний вибір параметрів ґрунту, що використовуються для конкретної моделі, має важливе значення для забезпечення їх надійності, а також для того щоб ці параметри відповідали фактичному поведінці грунту під навантаженням при чисельному моделюванні, що використовується в процесах вирішення складних геотехнічних завдань [7]. У світлі цього міркування за допомогою узагальненої пружно-в'язкої пластичної моделі програми FEM-models нами були апроксимовані результати лабораторних випробувань ґрунту на тривісне стиск для вибору коректних параметрів піщаного ґрунту, необхідних для процесу моделювання. Апроксимація результатів тривісних випробувань для вибору параметрів піску, що досліджується, наведені на рисунку 4.1 Рисунок 4.1 – Апроксимація результатів аналізу лабораторних тривісних випробувань для вибору параметрів моделі досліджуваного піску 87 Модель тривісного випробування була побудована в програмному комплексі FEM-models з використанням узагальненої пружно-пластичної моделі. Розрахункова схема моделі є системою віртуального лабораторного випробування, що складається з елементів одного шару грунту основи, що піддається впливу тривісного гідростатичного навантаження 100 кПа як показано на рисунку 4.2. Геометричні параметри моделі становлять 1*1*2 м, а глибина моделі становить 2 м, що відповідає глибині ін'єктування під час проведення польових досліджень [8. Результати розрахунку напруги у ґрунті без включення елементів смоли показані на рисунку 4.3 відповідно до параметрів моделі, отриманих у ході апроксимації лабораторних випробувань ґрунтів тривісним стисненням. Рисунок 4.2 – Розрахункова схема віртуального лабораторного випробування ґрунту тривісним стиском без включення смоли 88 Рисунок 4.3 – Результати розрахунку напруги у ґрунті без включення смоли Віртуальне тривісне випробування для поліуретанової смоли, що спінюється, побудовано з ідентичними граничними умовами моделі грунту з метою отримання параметрів моделі смоли відповідно до її характеристик, отриманих в ході лабораторних випробувань при її фактичної щільності, сформованої в масиві ін'єктованого грунту [16]. Розрахункова схема віртуального лабораторного випробування смоли наведено рисунку 4.5. Результати розрахунку напружено-деформованого стану смоли за фактичної щільності показані на рисунку 4.5. Отримані параметри моделі ін'єкційної смоли відповідно до її характеристик, визначених за результатами проведення одновісних випробувань смоли при її фактичній щільності, сформованій у масиві ін'єктованого ґрунту. 89 Рисунок 4.4 – Розрахункова схема віртуального тривісного випробування смоли Рисунок 4.5 – Результати моделювання напружено деформованого стану смоли при її фактичної щільності, сформованої у масиві ін'єктованого ґрунту 4.2 Визначення параметрів ґрунту з включенням ін’єктованої смоли На даному етапі був змодельований тривісний лабораторний експеримент, що складався з композитної системи ґрунту з включенням смоли, сформованої відповідно до її геометричних параметрів і фактичних форм поширення в масиві ґрунту, як було визначено в ході польових випробувань [16]. Різні зміни поширення смоли (при середній товщині шару 1 см і відстані між пластинами смоли 30-50 см) були включені в розрахункову схему в рамках 90 віртуального лабораторного випробування, як показано на рисунках 4.6, 4.7 [16]. Рисунок 4.6 – Форми поширення смоли Крім того, обсяг смоли в шарі ґрунту постійний і становить 4% від загального обсягу ґрунту, залежно від її фактичної густини та витрати, необхідних для зміцнення досліджуваного ґрунту, як було визначено в ході лабораторних випробувань [16]. 91 Рисунок 4.7 – Розрахункова схема віртуального лабораторного випробування композитної системи тривісним стиском (грунт із включенням смоли) За допомогою чисельних розрахунків за різних варіантів поширення смоли були отримані середні характеристики результуючого композиту. Результати порівняння напруги до і після включення смоли в шар ґрунту за різних форм поширення смоли показані на рисунку 4.8 [16]. Віртуальне лабораторне випробування було повторено при тривісному навантаженні 300 кПа. Результати розрахунку напруги у композитній системі при навантаженні 300 кПа після включення смоли показано на рисунку 4.9. Рисунок 4.8 – Результати напруги до та після включення смоли при навантаженні 100 кПа. Крива червоного кольору становить середню напругу в композиті після включення смоли при різних конфігураціях розповсюдження смоли 92 Рисунок 4.9 – Результати напруги у композиті при навантаженні 300 кПа. Крива червоного кольору становить середню напругу в композиті після включення смоли при різних конфігураціях розповсюдження смоли 4.3 Техніко-економічний аналіз ефективності запропонованої технології Для визначення ефективнocті впрoвадження технології підсилення основ та регулювання осідання будівель поліуретановою смолою неoбхіднo забезпечити пoрівняння даних варіантів. В якocті базoвих варіантів для пoрівняльнoгo аналізу прийняті: 1. посилення буро - ін'єкційними і призматичними палями [18]; 2. зміцнення фундаментів розширенням підошви [19]; 3. підсилення основ поліуретановою смолою. 2 Дані для рoзрахунку coбівартocті на 1 м загальнoї плoщі для рoзглянутих варіантів наведені в таблиці 4.1. 93 2 Таблиця 4.1 – Таблиця порівняння coбівартocті на 1 м закріплення грунтової основи Різновиди підсилення основ посилення зміцнення підсилення буро - № Найменування витрат фундаментів основ ін'єкційними і розширенням поліуретановою призматичними підошви смолою палями 1 Вартіcть матеріалів, у.o. 57,65 47,24 49,65 Вартіcть викoриcтання мoнтажнoгo механізму з урахуванням зміннoгo 2 кoефіцієнта викoриcтання і 38,54 49,65 32,69 кoефіцієнта вантажoпідйoмнocті, у. o. 3 Транcпoртні витрати, у. o. 15,62 12,47 13,74 4 Витрата електрoенергії, у. o. 6,01 7,53 5,04 5 Вартіcть рoбoти, у. o. 23,10 20,17 18,47 ВСЬОГО: 140,92 137,06 119,59 З результатів розрахунку порівняння собівартості слідує, що використання технології підсилення основ та регулювання осідання будівель поліуретановою смолою економічніше на 21,33 у.о., або на 17,84% ніж посилення буро - ін'єкційними і призматичними палями та на 17,47 у.о., або на 14,61% ніж зміцнення фундаментів розширенням підошви. 2 Таблиця 4.2 – Таблиця порівняння трудомісткості на 1 м закріплення грунтової основи, люд-год Різновиди підсилення основ посилення зміцнення підсилення буро - № Найменування фундаментів основ ін'єкційними і розширенням поліуретановою призматичними підошви смолою палями 1 Трудомісткість, люд-год 3,5 4,2 2,9 94 Висновки до розділу 4 1. Проаналізовано метод розрахунку несучої здатності та осаду підсилених розширюваною смолою основ, що, у свою чергу, забезпечує поліпшення практики проектування для подальшого вдосконалення застосування запропонованої технології, а також з метою підвищення її ефективності та експлуатаційної надійності. 2. У результаті аналізів розрахунків композиту (грунт-смола) при різних випадках поширення смоли, доведено, що ін'єктування незв'язного грунту розширюваною смолою призводить до появи в його масиві питомого зчеплення, що призводить до відповідного збільшення несучої здатності природних основ. 3. З результатів розрахунку порівняння собівартості слідує, що використання технології підсилення основ та регулювання осідання будівель поліуретановою смолою економічніше на 21,33 у.о., або на 17,84% ніж посилення буро - ін'єкційними і призматичними палями та на 17,47 у.о., або на 14,61% ніж зміцнення фундаментів розширенням підошви. 95 ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ 1. Проаналізовано ефективність розглянутої технології для швидкого вирівнювання основ та компенсації осадів фундаментів будівель та споруд. 2. За результатами аналізів дослідженого піщаного ґрунту основи до і після нагнітання в його масиві двокомпонентної спінюваної поліуретанової смоли в режимі гідророзриву виявлено, що: − Показники умовного динамічного опору досліджуваного піску збільшилися після нагнітання його смолою, що спінюється. Середнє значення збільшення динамічного опору становить 81%. − Граничне критичне навантаження піщаної основи після ін'єктування збільшилося на 67% та 125% на досліджуваних позначках 0,4 та 1,1 м відповідно. Також розрахований модуль деформації укріпленого смолою піску збільшився на 55% та 203% на досліджуваних глибинах 0,4 та 1,1 м відповідно. 3. Проаналізовано геометричні параметри і конфігурація поширення смоли, що спінюється в масиві піщаної грунтової основи. Встановлено, що смола поширювалася по всій глибині ґрунтового шару на відстань 30-50 см, утворюючи ідентичні суцільні стінки зі спінених затверділих полімерних пластин із середньою товщиною 1-2 см, що охоплюють піщаний грунт, що ін'єктується, з усіх боків, приводячи до його закріплення. 4. У процесі аналізу встановлено, що: − Обсяг витрати смоли, необхідний для підйому фундаменту, що 2 піддається навантаженню від 1,2 т/м до заданого рівня, та зміцнення шару піску під нею становило 180 літрів, що відповідає 1% від загального обсягу закачаного ґрунту (3*3*2 м) на кожні 10 мм підйому без урахування розширення смоли. − Кількість смоли необхідна для зміцнення масиву ґрунту під фундаментною плитою становила приблизно 123 літри, після чого додаткові 57 літрів смоли нагнітали вже для забезпечення підйому самої плити. Таким чином, виявлено, що кількість смоли, необхідне для зміцнення масиву дослідженого ґрунту, більш ніж удвічі перевищує кількість, необхідну для реалізації підйому самої плити до 1 см. 96 5. З результатів розрахунку порівняння собівартості слідує, що використання технології підсилення основ та регулювання осідання будівель поліуретановою смолою економічніше на 21,33 у.о., або на 17,84% ніж посилення буро - ін'єкційними і призматичними палями та на 17,47 у.о., або на 14,61% ніж зміцнення фундаментів розширенням підошви. 97 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 1. Nicholson P.G. Soil Improvement and Ground Modification Methods. − USA: Elsevier Inc., 2014. − 455 c. 2. Srivastava A., Goyal C.R., Jain A. Review of Causes of Foundation Failures and their Possible Preventive and Remedial Measures // International Engineering Conference. 2012. № 1. − С. 1–6. 3. Derbyshire E., Dijkstra, Tom, Smalley I.J. Genesis and Properties of Collapsible Soils. Dordrecht: Springer Netherlands, 1995. − 413 c. 4. Kramer S.L., Holtz R.D. Soil Improvement and Foundation Remediation: with Emphasis on Seismic Hazards. Seattle, Washington DC: University of Washington, Department of Civil Engineering, 1991. − 103 c. 5. Механіка ґрунтів. Основи та фундаменти: Підручник / В.Б. Швець, І.П. Бойко, Ю.Л. Винников, М.Л. Зоценко, О.О. Петраков, О.В. Солодянкін, В.Г. Шаповал, О.М. Шашенко, С.В. Біда. – Дніпропетровськ: «Пороги», 2014. – 231 с. 6. Основи та фундаменти. Навчальний посібник для студентів спеціальності 192 «Будівництво та цивільна інженерія / І.О.Парфентьєва, О.В. Верешко, Д.А. Гусачук Луцьк: ЛНТУ, 296с. 7. Інженерна геологія. Механіка ґрунтів, основи і фундаменти: Підручник / М. Л. Зоценко, В. І. Коваленко, А. В. Яковлєв, О. О. Петраков, В.Б. Швець, О. В. Школа, С. В. Біда, Ю. Л. Винников. – Полтава: ПНТУ, 2003. –446 с. 8. Корнієнко М.В. Основи та фундаменти. Навчальний посібник. К.: КНУБА. 2009. –150с. 9. Townsend F.C., Anderson J.B. Compendium of Ground Modification Techniques Final Report. (4910-4504-). USA: Florida Department of Transportation, Research Management Center, − 2004. 10. Escolano Sánchez F., Mazariegos de la Serna A., Sánchez Lavín J.R., Campo Yagüe J.M. del. Underpinning of shallow foundations by expansive 98 polyurethane resin injections. Case study: Cardinal Diego de Espinosa Palace in Segovia (Spain) // Revista de la construcción. 2017. № 3(16). − С. 420–430. 11. Fakhar A.M.M., Asmaniza A. Road Maintenance Experience Using Polyurethane (PU) Foam Injection System and Geocrete Soil Stabilization as Ground Rehabilitation // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. (136). − С. 1–10. 12. Hess J. Master of Science thesis: In-Situ Testing of Uretek ’ s Injectable Barrier SM as a Mechanism for Groundwater Control: University of South Florida, 2016. 13. GolpazirI., Ghalandarzadeh A., Jafari M.K., Mahdavi M. Dynamic properties of polyurethane foam-sand mixtures using cyclic triaxial tests // Construction and Building Materials. 2016. (118). − С. 104–115. 14. Phougat N. Stablization Of Expansive Soil // International Journal of Current Engineering Sciences. 2017. № 4(6). − С. 88–96. 15. Traylen N.J. et al. A Study into Resin Injection as a Ground Improvement Technique for Seismic Liquefaction Mitigation // Procceding of Geotechnical Earthquake Engineering and Soil Dynamics V Conference. Austin, − Texas, 2018. − C. 60–70. 16. ДСТУ Б В.2.1-9:2016 Ґрунти. Методи польових випробувань статичним і динамічним зондуванням. 17. ДСТУ 2093-92 Смоли епоксидно-діанові неотверджені. Технічні умови (ГОСТ 10587-93). 18. https://eprints.kname.edu.ua/55313/1/2019_%D0%9F%D0%95%D0%A7_2% 20%D0%9D%20%D0%BF%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BE%D0%B2 %D1%96%20%D1%80%D0%BE%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%B8.pdf 19. https://pp-budpostach.com.ua/ua/a112296-remont-fundamentov-usilenie.html 20. ДБН В.2.1-10:2018 Основи і фундаменти будівель та споруд. Основні положення. 21. ДБН А.3.1-5:2016 Організація будівельного виробництва. 22. ДСТУ Б В.3.1-2:2016 Ремонт і підсилення несучих і огороджувальних будівельних конструкцій та основ будівель і споруд. 99 23. ДСТУ-Н Б В.2.1-28:2013 Настанова щодо проведення земляних робіт, улаштування основ та спорудження фундаментів (СНиП 3.02.01-87, MOD). 24. ДБН А.2.1-1-2014: Інженерні вишукування для будівництва. – К.: Мінрегіонбуд України, 2014. – 128 с.