Підвищення міцності ґрунтоцементних паль шляхом оптимізації кінематики бурової штанги при глибинному змішуванні

Анотація

У цьому дослідженні пропонується вдосконалений метод виготовлення ґрунтоцементних паль з використанням технології глибокого змішування ґрунтів (DSM) для підвищення несучої здатності та довговічності фундаментів у м'яких ґрунтах. Актуальність роботи зумовлена необхідністю підвищення ефективності влаштування основ і фундаментів у складних інженерно-геологічних умовах, де традиційні методи укріплення ґрунтів не завжди забезпечують належні показники міцності та однорідності масиву. У дослідженні представлено концептуальну модель локального ущільнення, яка розглядає свердловину як комбіновану механіко-гідравлічну систему, що дозволяє  точніше описати процес формування ґрунтоцементного елемента та керувати його фізико-механічними властивостями.
Цей підхід інтегрує безперервне закачування цементного розчину з дискретними зворотними рухами бурильної колони кожні 350-400 мм, що забезпечує інтенсифікацію процесу перемішування та ущільнення ґрунтово-цементної суміші по всій глибині свердловини. Така технологічна схема сприяє формуванню більш щільної та однорідної структури матеріалу, зменшенню пористості та підвищенню адгезійних властивостей між частинками ґрунту та цементного каменю. Лабораторні випробування на глині, суглинку та супіску (вміст цементу 10-20%) підтвердили, що ступінчасте ущільнення збільшує міцність на стиск до 47% (майже у 1,5 рази), досягаючи 12,9 МПа для глини та 15,2 МПа для супіску, що свідчить про високу ефективність запропонованого методу.
Результати досліджень показують, що крок ущільнення, що перевищує 400 мм, призводить до структурної неоднорідності та зниження експлуатаційних характеристик паль, тоді як оптимальний інтервал забезпечує максимальну щільність і рівномірний розподіл напружень у масиві. Додатково встановлено, що контроль параметрів процесу (швидкість підйому інструменту, витрата розчину, кратність реверсних переміщень) має вирішальне значення для досягнення стабільних результатів у польових умовах. Технологія зменшує споживання ресурсів на 25-35% завдяки ефективному використанню місцевих ґрунтів, зниженню витрат цементу та енергії, а також скороченню тривалості виконання робіт.
Запропонований підхід забезпечує ресурсозберігаюче та екологічно доцільне рішення для будівництва фундаментів і підпірних стін у складних геотехнічних умовах, а також має потенціал для широкого впровадження у практику цивільного та промислового будівництва. Отримані результати можуть бути використані при розробці нормативних рекомендацій та вдосконаленні технологічних регламентів виконання робіт із глибокого змішування ґрунтів.