УДК 624.138 ИНЪЕКТИРОВАНИЕ ГРУНТОВ КАК СПОСОБ ГЕОТЕХИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ИСКССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ В УСЛОВИЯХ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗАКАРСТОВАННЫХ ГРУНТОВ Владимиров Валентин Викторович ФГАОУ ВО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», аспирант 3 года обучения, г. Пермь e-mail: vladimirovvv13@gmail.com Научный руководитель: к.г.-м.н., доцент, Ковалёва Татьяна Геннадьевна Аннотация: Научная стать представляет собой исследование технологии геотехнической защиты методом инъектирования грунтов в режиме гидроразрыва. Закрепление закарстованных грунтов оснований зданий и сооружений является актуальной проблемой в современном строительной практике. Особенно остро данный вопрос стоит при проектировании искусственных сооружений на линейных объектах транспортной инфраструктуры, объектов энергетического комплекса и социально-значимых сооружений, расположенных в пределах закарстованных участков, где риск образования провалов неприемлемо высок. Ключевые слова: закрепление грунтов, карст, инъектирование, гидроразрыв, цементация, здания и сооружения. SOIL INJECTION AS A METHOD OF GEOTECHICAL PROTECTION OF ARTIFICIAL STRUCTURES UNDER CONDITIONS OF DISTRIBUTION OF KARSTED SOILS Vladimirov Valentin FSAEI of HE «Perm State National Research University», Post-graduate Student, Perm, e-mail: vladimirovvv13@gmail.com Research Supervisor: Candidate of Geology and Mineralogy, Reader, Tatiana Kovaleva. Abstract: The scientific article is a study of geotechnical protection technology using the method of soil injection in hydraulic fracturing mode. Consolidation of karst soils of the foundations of buildings and structures is a pressing problem in modern construction practice. This issue is especially acute when designing artificial structures at linear transport infrastructure facilities, energy complex facilities and socially significant structures located within karst areas, where the risk of sinkholes is unacceptably high. Keywords: soil consolidation, karst, injection, hydraulic fracturing, cementation, buildings and structures. В настоящее время при проектировании и строительстве линейных объектов транспортной инфраструктуры, инженеры все чаще сталкиваются с необходимостью решать проблемы возведения искусственных сооружений на территориях где имеют большое распространение закарстованные грунты. Одним из таких объектов является строящаяся в данный момент высокоскоростная автомобильная дорога М-12 «Москва – Казань – Екатеринбург». Ось трассы проходит по территории южной часть Пермского края. В зоне распространения карбонатно-сульфатного карста [4]. Для строительства искусственных сооружений в данных условиях применяется метод инъекционного закрепления грунтов в режиме гидроразрывов. Инъекционное закрепление грунтов – это целенаправленное изменение строительных свойств грунтов нагнетанием под давлением различных жидких веществ (инъекционных растворов) [5]. В середине 50-х годов XX века французской фирмой «Soletanche» впервые было предложено закрепление грунтов в режиме гидроразрыва [52]. Метод цементации инъекций в режиме гидроразрыва основан на инъекционном уплотнении массива грунта при высоком давлении (до 15 атм), в результате чего происходит повышение плотности грунтов, улучшение и выравнивание механических свойств грунтов (как за счет уплотнения, так и за счет образования жестких включений из застывшего уплотняющего раствора), повышается связность грунтового массива за счет его армирования неизвлекаемыми инъекторами (заполненными цементным раствором) и «языками» застывшего цементного раствора.[37]. [6]. Цементацию грунтов в режиме гидроразрыва часто называют методом высоконапорной инъекции. Вклад в развитие данной технологии внесли М. Аббуд, В.Н. Бронин, Е.С. Вознесенская, В.А. Ермолаев, А.И. Осокин, С.В. Татаринов, И.И. Сахаров и др. [33, 36, 37]. Обзор технологии Технические решения по планируемым противокарстовым мероприятиям с применением метода цементации инъекцией цементного раствора в режиме гидроразрывов разработаны с учетом указаний, приведенных в следующих документах: - СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений»; - СП 45.13330.2017 «Земляные сооружения, основания и фундаменты; Закрепление закарстованных грунтов и тампонаж карстовых полостей производится путем нагнетания цементационного раствора в закарстованную породу и карстовую полость через погруженные в грунтовый массив инъекторы. Нагнетенный в закарстованные породы цементационный раствор после твердения придает массиву повышенную прочность и водонепроницаемость, что способствует прекращению процесса растворения существующих пород и образования новых карстовых форм (рис 1.). Рис. 1 Закрепление трещиноватой толщи карстующихся грунтов до кровли монолитной породы Работы по закреплению закарстованных грунтов по всей площади опоры и создание двухрядной завесы из закрепленного инъекционным способом грунта по периметру каждой опоры выполняются поэтапно для каждой опоры. На первом этапе работ вначале выполняется двухрядная завеса нижнего горизонта по периметру опор (первая очередь работ). Затем выполняются работы по закреплению закарстованных грунтов нижнего горизонта (вторая очередь работ). На втором этапе работ вначале выполняется двухрядная завеса верхнего горизонта по периметру опор (первая очередь работ). Затем выполняются работы по закреплению закарстованных грунтов верхнего горизонта (вторая очередь работ). В результате создания двухрядной завесы по периметру опор будут перекрыты каналы и крупные трещины в закарстованном грунтовом массиве, ликвидированы условий образования, развития и проявления карста, обеспечены оптимальные условий для последующего укрепления карстующихся грунтов. Двухрядная завеса из закрепленного цементацией грунта, перекрывающая каналы и крупные трещины в закарстованном грунтовом массиве, создается путем нагнетания в закарстованный грунт цементного раствора через специальные инъекторы (рис 2.) из труб ø 32×3,2 мм. Стальные составные инъекторы из труб ø 32×3,2 мм соединяются между собой при погружении стальными муфтами. Нижняя часть инъекторов имеет круглые отверстия в перфорированной части инъекторов. Отверстия располагаются в четырех направлениях под углом 900. Рис. 2 Конструкция инъектора Для погружения инъекторов предварительно производится бурение скважин ø127 мм на глубину закрепления. Инъекторы погружаются в предварительно пробуренные скважины с креплением обсадными трубами в неустойчивых грунтах. После этого, через инъекторы производится поэтапное нагнетание в грунт цементного раствора со специальными добавками при высоком давлении (до 15 атм). Для скорейшего затвердевания нагнетаемого в грунт цементного раствора предусмотрено применение ускорителя схватывания (хлористого кальция). Литература 1. Водолазская В. П., Тетерин И. П., Кириллов В. А., Лукьянова Л. И. и др. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Масштаб 1: 1 000 000 (третье поколение). Серия Уральская. Лист О-40 – Пермь. Объяснительная записка. – СПб.: Картографическая фабрика ВСЕГЕИ, 2015. 497 с. 2. Методические рекомендации по проектированию геотехнических мероприятий инженерной защиты территории от проявления карстово-суффозионных процессов (Министерство строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации, Федеральное автономное учреждение «Федеральный центр нормирования, стандартизации и оценки соответствия в строительстве». – Москва 2017. – 125 с. 3. Методическое пособие по укреплению грунтов методами струйной цементации, глубинным перемешивание, инъекции растворами на основе микроцементов, манжетной инъекции в режиме гидроразрывов (Министерство строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации, Федеральное автономное учреждение «Федеральный центр нормирования, стандартизации и оценки соответствия в строительстве». – Москва, 2020. – 83 с. 4. Вознесенская Е.С., Осокин А.И., Татаринов С.В., Ермолаев В.А. Методика подбора оптимальных технологических режимов инъекционного упрочнения грунтов в режиме гидроразрыва // Инженерные изыскания. – 2014. – №8. – С.48-53. 37 5. Заславский Ю.З., Лопухин Е.А., Дружко Е.Б., Качан И.В. Инъекционное упрочнение горных пород. – М.: Недра, 1984. – 176 с. 52 6. Вознесенская Е.С., Осокин А.И., Татаринов С.В., Ермолаев В.А. Моделирование напряженнодеформированного состояния грунта основания при инъецировании методом гидроразрыва на примере результатов работ, выполненных по одному из объектов ЗАО «Геострой» // Труды международной конференции по геотехнике «Геотехнические проблемы мегаполисов». – М, 2010. – т. 5. – С. 1641-1646. 36 7. Бронин В.Н., Сахаров И.И., Аббуд М. Опыт инъекционного закрепления грунтов в основании зданий и сооружений / Дефекты зданий и 143 сооружений. Усиление строительных конструкций. Материалы III научно-метод. конф. БИТУ. – СПб., 1999 (33)
