Влияние водоцементной суспензии на свойства грунтоцемента при струйной цементации слабых грунтов

Введение. Оптимизация состава водоцементной суспензии для струйной цементации грунтов (СЦГ) в условиях гидротехнического строительства является актуальной задачей ввиду недостаточной изученности влияния состава цементного раствора на свойства грунтоцемента в условиях постоянного водонасыщения, а также ограничений применения технологии в этой области строительства из-за специфических нагрузок и агрессивного воздействия внешней среды. Цель исследования — определение оптимального состава водоцементной суспензии, обеспечивающего высокие физико-механические характеристики грунтоцемента. Основные задачи включали полевые и лабораторные испытания составов с различными добавками и водоцементным отношением (В/Ц).

Материалы и методы. Программа исследований включала устройство 15 грунтоцементных колонн с пятью различными составами с последующим отбором образцов грунтоцемента для лабораторного анализа их прочности, модуля деформации и плотности. Испытания проводились в сложных геологических и гидрологических условиях.

Результаты. Наибольшая прочность на одноосное сжатие и модуль деформации зафиксированы у состава с В/Ц, равным 0,8. Химические добавки (натриевое стекло и техническая сода) не показали значимого улучшения характеристик, прирост прочности составил всего 1–9 %, неожиданным результатом стало снижение прочности при совместном использовании добавок. Плотность грунтоцемента для всех составов оказалась близкой по значениям.

Выводы. Наилучшие результаты достигнуты при В/Ц, равном 0,8, именно этот состав рекомендуется для практического применения струйной цементации грунтов в гидротехническом строительстве. Полученные данные о характеристиках грунтоцемента подтверждают эффективность СЦГ в сложных условиях, но и свидетельствуют о необходимости проведения предварительных опытных испытаний для выбора оптимального состава.

1. Беккер А.Т., Красилов А.А., Зверев А.А., Чигров Е.В. Экспериментальные исследования физических и механических свойств грунтоцемента на основе однородных песков одной фракции // Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета. 2024. № 2 (59). С. 96–108. DOI: 10.24866/2227-6858/2024-2/96-108. EDN NCBKSC.

2. Inazumi S., Shakya S. A Comprehensive Review of Sustainable Assessment and Innovation in Jet Grouting Technologies // Sustainability. 2024. Vol. 16. Issue 10. P. 4113. DOI: 10.3390/su16104113.

3. Wang Z., Shen S., Ho C., Kim Y. Jet Grouting Practice: an Overview // ICE Proceedings Geotechnical Engineering. 2013. Vol. 44. Issue 4. Pp. 88–96.

4. Yamazaki J., Chao K.C., Wong R., Wang M. Development of the Jet Grouting Method: Evolutionary History, Mechanism Insights, Innovative Approaches, and Future Prospects // Geotechnical Engineering. 2024. Vol. 55. Issue 1. Pp. 11–23. DOI: 10.14456/seagj.2024.2.

5. Разводовский Д.Е., Зехниев Ф.Ф., Внуков Д.А. Применение Jet-Grouting для усиления фундаментов и грунта основания. Ретроспектива // Усиление оснований и фундаментов : сб. докл. тр. VIII Петрухинских чтений. 2024. С. 124–144. DOI: 10.37538/2713-1149-2024-124-144. EDN DIJZBW.

6. Njock P.G.A., Chen J., Modoni G., Arulrajah A., Kim Y.H. A review of jet grouting practice and development // Arabian Journal of Geosciences. 2018. Vol. 11. Issue 16. DOI: 10.1007/s12517-018-3809-7.

7. Hasan M., Qazi A., Sharma A., Raj A., Dogra S. A critical review on jet grouting used in ground improvement techniques // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2023. Vol. 1110. Issue 1. P. 012094. DOI: 10.1088/1755-1315/1110/1/012094.

8. Маковецкий О.А., Зуев С.С., Корчагин И.С. Использование специальных геотехнических технологий в портовом строительстве // Гидротехника. 2024. № 4 (77). С. 82–86. EDN OWEOCG.

9. Моргунов К.П. Оценка результатов работ по укреплению грунтов основания шлюза № 5 Волго-Донского судоходного канала и предложения по стабилизации положения его камеры // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. 2023. Т. 15. № 5. С. 806–819. DOI: 10.21821/2309-5180-2023-15-5-806-819. EDN KIKPIV.

10. Горгуца Р.Ю., Лисовский С.В. Применение современных методов реконструкции причальных сооружений типа больверк без вывода из эксплуатации // Гидротехника XXI век. 2020. № 3 (43). С. 49–51.

11. Николаевский М.Ю., Горгуца Р.Ю., Соколов А.В. Реконструкция причалов типа «больверк» путем изменения характера работы сооружения с распорного на гравитационное // Гидротехника XXI век. 2014. № 1 (17). С. 48–53.

12. Малинин А.Г. Струйная цементация грунтов. М.: Стройиздат, 2010. 165 с.

13. Богов С.Г. Закрепление грунта по струйной технологии для реконструкции зданий // Жилищное строительство. 2014. № 9. С. 51–55. EDN SMVCPV.

14. Croce P., Flora A., Modoni G. Jet Grouting: Technology, Design and Control. London: CRC Press, 2014. DOI: 10.1201/b16411.

15. Phantachang T., Kererat C., Homwouttiwong S. Enhancing Soil Stabilization: The Influence of Cement and Polymer Additives on the Strength and Performance of Soil-Cement Composites for Unpaved Roads // Revue des composites et des matériaux avancés. 2024. Vol. 34. Issue 6. Pp. 719–727. DOI: 10.18280/rcma.340606.

16. Dang V.Q., Chau V.N., Ganja C.S., Ho L.S. Mechanical properties and microstructures of cement-treated soils: a review // Journal of Science and Transport Technology. 2023. Pp. 53–70. DOI: 10.58845/jstt.utt.2023.en.3.4.53-70.

17. Spagnoli G., Oreste P. Statistical Interpretation of Jet Grouting Field Data Regarding Its Strength and Stiffness // Geotechnical and Geological Engineering. 2025. Vol. 43. Issue 1. DOI: 10.1007/s10706-024-03008-8.

18. Qian X., Zhang P., Wang S., Guo S., Hou X. Grouting Additives and Information-Based Construction of Jet Grouting in the Water-Rich Sand Stratum // Applied Sciences. 2022. Vol. 12. Issue 24. P. 12586. DOI: 10.3390/app122412586.

19. Глебова Ю.М., Носырев В.В. Прочностные характеристики илов дельты р. Северной Двины, стабилизированных цементным раствором // Проблемы недропользования. 2023. № 2 (37). С. 57–65. DOI: 10.25635/2313-1586.2023.02.057. EDN RLLCRX.

20. Малинин А.Г., Жемчугов А.А., Гладков И.Л. Определение физико-механических свойств грунтоцемента в ходе натурных исследований // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2011. № 1. С. 325–330. EDN OITGXJ.