Усиление грунтовых оснований методом гидроразрыва при горизонтальной проходке

Введение. Развитие технологий усиления грунтовых оснований зданий и сооружений различных типов представляет значимое направление в геотехническом строительстве. Особую актуальность приобретают методы, позволяющие создавать в грунтовом массиве сеть армирующих элементов с помощью различных инъекционных растворов. Цель исследования — научное обоснование и экспериментальная проверка эффективности метода, объединяющего технологию горизонтально направленного бурения (ГНБ) и управляемого гидроразрыва грунтового массива для создания сети инъекционных включений в насыпных грунтах.

Материалы и методы. В основе методологии лежит комплексный полевой эксперимент. Разработаны и апробированы конструкция горизонтального инъектора с резиновыми манжетами и технология его установки с помощью ГНБ. Исследование включало нагнетание цементного раствора с различным водоцементным отношением под контролируемым давлением, геодезический мониторинг грунтовой поверхности и последующую откопку околоинъекторного пространства для определения морфологии и геометрии цементных включений.

Результаты. Установлен характер формирования инъекционных тел в насыпных несвязных грунтах по сравнению со связными, выражающийся в образовании сферических объемных тел вместо плоских линз. Зафиксировано незначительное воздействие процесса инъецирования на грунтовую поверхность, что подтверждает его практическую применимость.

Выводы. Проанализированы механизмы распространения раствора и формирования цементных включений в грунтовом массиве. Показано, что предлагаемый метод позволяет целенаправленно создавать в основании сеть из точечных затвердевших цементных включений. Технология доказала свою принципиальную состоятельность и практическую значимость. Основные преимущества включают возможность производства работ без какой-либо остановки производственных процессов и выселения жильцов. Метод рекомендован для применения при усилении под фундаментами преимущественно мелкого заложения как существующих зданий и сооружений, так и при новом строительстве.

1. Самохвалов М.А., Ашихмин О.В., Токарев А.Е., Паронко А.А. Результаты экспериментальных исследований формирования гидроразрывов в пылевато-глинистых грунтах // Инновации и инвестиции. 2020. № 3. С. 294–297. EDN LWCTHU.

2. Самохвалов М.А., Матюков А.А., Гейдт А.В., Паронко А.А. Результаты экспериментальных исследований манжетной технологии закрепления грунтов // Инновации и инвестиции. 2018. № 10. С. 249–252. EDN IEOHFZ.

3. Самохвалов М.А., Ашихмин О.В., Цернант А.А. Определение состава инъекционного раствора для повышения качества закрепления грунтов по манжетной технологии // Современные наукоемкие технологии. 2018. № 5. С. 139–144. EDN XPPQKD.

4. Самохвалов М.А. Взаимодействие буроинъекционных свай, имеющих контролируемое уширение, с пылевато-глинистым грунтовым основанием : автореф. дис. … канд. техн. наук. Тюмень, 2016. 22 с. EDN ZPYSLB.

5. Ибрагимов М.Н. Усиление слабых грунтов инъекцией растворов // Вестник НИЦ «Строительство». 2019. № 4 (23). С. 69–80. EDN UAAIXI.

6. Ибрагимов М.Н. Вопросы проектирования и производства уплотнения грунтов инъекцией растворов по гидроразрывной технологии // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2015. № 2. С. 22–27. EDN TWONEH.

7. Ермолаев В.А. Закрепление оснований зданий и сооружений методом гидроразрыва при неоднократном инъектировании : автореф. дис. … канд. техн. наук. СПб., 2013. 25 с. EDN ZPCSOZ.

8. Ибрагимов М.Н., Семкин В.В. Закрепление грунтов инъекцией цементных растворов. М. : Издательство АСВ, 2012. 254 с. EDN QNPWLR.

9. Камбефор А. Инъекция грунтов. Принципы и методы. М. : Энергия, 1971. 333 с.

10. Шулятьев О.А., Мозгачева О.А. Снижение осадки фундамента за счет изменения напряженно-деформированного состояния основания путем инъекции твердеющего раствора // Вестник НИЦ «Строительство». 2020. № 3 (26). С. 121–148. DOI: 10.37538/2224-9494-2020-3(26)-121-148. EDN LRQJXH.

11. Пронозин Я.А., Степанов М.А., Шуваев А.Н., Давлатов Д.Н. Взаимодействие системы усиления свайных фундаментов с предварительно опрессованным грунтовым основанием эксплуатируемого сооружения // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. 2018. Т. 9. № 3. С. 42–53. DOI: 10.15593/2224-9826/2018.3.05. EDN YKKDJR.

12. Шулятьев О.А. Применение гидроразрывной технологии в практике строительства // Применение гидроразрывной технологии в практике строительства : мат. конф. 2022. C. 7–22. DOI: 10.37538/2713-1149-2022-7-22. EDN RYRZMP.

13. Жан-Луи Валет. Компенсационное нагнетание: технология в реальном времени // Метро и тоннели. 2002. № 4. С. 16–19.

14. Sanders M., Gafar K., van Tol A., Soga K., Bezuijen A. Fracturing of sand in compensation grouting // Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground. 2008. Pp. 297–302. DOI: 10.1201/9780203879986-40

15. Van Tol A., Bezuijen A., Kleinlugtenbelt R. Laboratory tests, compaction or compensation grouting // Physical Modelling in Geotechnics. 2006. DOI: 10.1201/noe0415415866.ch183

16. Bezuijen A. Compensation grouting in sand experiments, field experiences and mechanisms. 2010.

17. Кугушева И.В. Обоснование метода и технологии укрепления оснований исторических сооружений (на примере сооружений Свято-Троицкой Сергиевой Лавры) : дис. ... канд. техн. наук. М., 2016. 168 с. EDN VNVEWH.

18. Степанов М.А., Рачков Д.В., Пронозин Я.А. Исследование изменения напряженного состояния грунта при цементации в процессе проведения противоаварийных работ на объекте культурного наследия // Теория и практика фундаментостроения : сб. тез. докл. XV Междунар. симпозиума по реологии грунтов, посвящ. 95-летию КГАСУ и 60-летию кафедры «Основания, фундаменты, динамика сооружений и инженерная геология». 2025. С. 91. EDN DATIGQ.

19. Pronozin Ya.A., Naumkina Yu.V., Epifantseva L.R., Gress Yu.D. Cementation of soils by wristband-pipe injection technology in conditions of thawing perpetually frozen soils // Construction and Geotechnics. 2023. Vol. 14. Issue 3. Pp. 107–120. DOI: 10.15593/2224-9826/2023.3.10. EDN DJMVDE.

20. Нуждин М.Л., Нуждин Л.В., Фельдбуш А.В. Обзор способов усиления грунтового основания высоконапорным инъецированием // Construction and Geotechnics. 2025. Т. 16. № 2. С. 5–16. DOI: 10.15593/2224-9826/2025.2.01. EDN QVCNOK.