Комплексный подход в изучении тампонажа гидроактивизированных грунтов оснований фундаментов

Введение. Широкомасштабное закрытие угольных шахт методом «мокрой» консервации привело к необратимым изменениям в подработанном породном массиве. Прежде всего, произошли подъем уровня шахтных вод и гидроактивизация грунтов оснований фундаментов зданий, что вызвало новые геодинамические эффекты и аварийные деформации зданий. Поэтому необходимо выполнение реконструкции оснований фундаментов зданий на подработанных территориях. Перспективным направлением тампонажа грунтов для этих условий является высоконапорная инъекция вязкопластичных растворов в режиме гидрорасчленения. Цель работы — исследование параметров тампонажа и степени упрочнения гидроактивизированных грунтов на подработанных территориях.

Материалы и методы. Выполнение исследований проводилось на натурных образцах горных пород и с использованием их физико-механических и деформационно-прочностных свойств. Комплексный подход к исследованиям предусматривал изучение инженерно-геологических условий, технологических параметров тампонажа пород и качества закрепления и водоизоляции гидроактивизированных грунтов.

Результаты исследования. В соответствии с комплексной методикой исследований на первом этапе был выполнен инженерно-геологический и горнотехнический анализ подработанных площадей и обоснована геоструктурная типизация территорий Шахтинско-Несветаевского района в зависимости от мощности покровных отложений.

На втором этапе аналитически установлены параметры формирования тампонажной подушки на контакте с коренными породами. А для дисперсных разуплотненных пород эмпирио-аналитически установлены закономерности и степень фильтрационной консолидации путем инъекции вязкопластичного раствора. Методом компьютерного и физического моделирования для трех геоструктурных типов получены закономерности деформирования грунтов оснований до и после тампонажа.

На третьем этапе проведены натурные исследования параметров и качества тампонажа при реконструкции оснований фундаментов двух зданий в г. Шахты. Доказано, что тампонаж гидроактивизированных грунтов увеличивает их прочность до 0,4 МПа и снижает деформации основания в 2–2,5 раза.

Обсуждение и заключение. Применение комплексной методики в изучении тампонажа гидроактивизированных грунтов на подработанных территориях позволило обосновать технологические схемы и параметры упрочнения и гидроизоляции дисперсных и скальных трещиноватых пород. По результатам аналитических, компьютерных, лабораторных и натурных исследований установлены закономерности и степень изменения деформационно-прочностных свойств гидроактивизированных грунтов основания после тампонажа вязкопластичными растворами.

1. Должиков, П.Н., Прокопов А.Ю. Геодинамические процессы в гидроактивизированных подработанных горных массивах. Монография. Ростов-на-Дону: РГСУ; 2015. 149 с. URL: https://ntb.donstu.ru/content/geodinamich-eskie-processy-v-gidroaktivizirovannyh-podrabotannyh-gornyh-massivah (дата обращения: 22.08.2023).

2. Бондаренко О.В., Кочергин В.И., Кураков Ю.И., Ляшенко Ю.М., Мартыненко И.А., Масленников С.А. и др. Проблемы развития горнодобывающего комплекса Восточного Донбасса и пути их решения. Монография. Страданченко С.Г. (ред.). Новочеркасск: Лик; 2009. 198 с. URL: https://www.geokniga.org/books/16276 (дата обращения: 25.08.2023).

3. Dolzhikov P., Semiriagin S. Investigation and Technical Decisions of the Mining and Ecological Problems while Closing Coal Mining. In: Progressive Technologies of Coal, Coalbed Methane and Ores Mining. Leiden, Netherlandes: CRS Press/Balkema; 2014. Р. 147–151. URL: https://www.taylorfrancis.com/chapters/edit/10.1201/b17547-27/investi-gations-technical-decisions-mining-ecological-problems-closing-coal-mines-dolzhikov-semiriagin (дата обращения: 20.08.2023).

4. Должиков П.Н., Пронский Д.В., Легостаев С.О. Тампонажно-закладочные работы в регионах закрытия шахт. Монография. Ростов-на-Дону: ООО «ДГТУ-Принт»; 2020. 290 с.

5. Belodedov A.A., Dolzhikov P.N., Legostaev S.O. Research into Dangerous Surface Deformations over Inclined Shafts of Abandoned Coal-Mines. In: Scientific Reports on Resource Issues. Vol. 1. Freiberg, Germany: TU Bergakademie; 2016. Р. 159–165.

6. Должиков П.Н., Легостаев С.О., Талалаева В.М. Анализ гидроактивизации массива горных пород при подтоплении Шахтинского угольного района. В: Сб. матер. 14-й межд. научн.-техн. конф. «Перспективы развития строительных технологий». Днепр: НТУ «ДП»; 2020. С. 16–21. URL: https://ir.nmu.org.ua/handle/123456789/155402 (дата обращения: 24.08.2023).

7. Herion S., Fleischer O., Ernst R., Bruns C. Numerical Investigations on the Deformation Behavior of Horizontal Loaded Injection Piles. In: Proceedings of the Twenty-Fifth International Ocean and Polar Engineering Conference of the International Society of Offshore and Polar Engineers. Kona, USA; 2015. P. 79–83. URL: https://onepetro.org/ISOPEIOPEC/proceedings-abstract/ISOPE15/All-ISOPE15/ISOPE-I-15-637/14956 (дата обращения: 21.08.2023).

8. Исаев Б.И., Бадеев С.Ю., Цапкова Н.Н. Инъекция грунтов при возведении фундаментов, подготовка оснований и охрана окружающей среды. Ростов-на-Дону: Фонд науки и образования; 2014. 513 с.

9. Прокопов А.Ю., Должиков П.Н., Талалаева В.М. Стабилизация деформаций земной поверхности при закрытии шахт. Ростов-на-Дону: ООО «ДГТУ-принт»; 2020. 196 с.

10. Должиков, П.Н., Збицкая В.В. Буро-инъекционная технология упрочнения оснований фундаментов. Монография. Ростов-на-Дону: ООО «ДГТУ-принт»; 2019. 174 с.

11. Benoot J., Dewaele L., Provoost N., Kindt P., Atalar C. Analysis of installation factors of screwed tube piles with grout injection. Atalar C. (Editor). In: Proceedings of the Fourth International Conference on New Developments in Soil Mechanics and Geotechnical Engineering; 2016;1(1):225–230. URL: https://clck.ru/35hDyo (дата обращения: 28.08.2023).

12. Кипко Э.Я., Должников П.Н., Дудля Н.А., Кипко А.Э., Лушникова О.Ю., Попов А.В. и др. Комплексный метод тампонажа при строительстве шахт. 2-е изд., перераб. и доп. Днепропетровск: Национальный горный ун-т; 2004. 367 с.

13. Должиков П.Н., Акопян А.Ф., Акопян В.Ф. Исследование деформационно-прочностных свойств грунтов, армированных буро-инъекционными сваями. Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2019;(4):221–228. URL: https://cyber-leninka.ru/article/n/issledovaniya-deformatsionno-prochnostnyh-svoystv-gruntov-armirovannyh-buro-inektsionnymi-svayami (дата обращения: 24.08.2023).

14. Должиков, П.Н., Легостаев С.О., Сычев И.В. Реконструкция фундамента и основания аварийного здания на подработанной гидроактивизированной территории. Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2022;(1):241–250. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/rekonstruktsiya-fundamenta-i-osnovaniya-avariynogo-zdaniya-na-podrabotannoy-gidroaktivizirovannoy-territorii (дата обращения: 25.08.2023).