vestniktgasuВестник Томского государственного архитектурно-строительного университетаVestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. JOURNAL of Construction and Architecture1607-18592310-0044Tomsk State University of Architecture and Building10.31675/1607-1859-2026-28-4-174-185NZHUEDvestniktgasu-2582Research ArticleОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ, ПОДЗЕМНЫЕ СООРУЖЕНИЯBASES, FOUNDATIONS AND SUBSTRUCTURESЭкспериментальные исследования НДС грунта основания при инъецировании цементно-песчаного раствора в режиме гидроразрываStress-strain State of Foundation Soil during Injection of Cement-sand Mortar in HydrofracturingГерасимовО. В.GerasimovO. V.

Олег Васильевич Герасимов, канд. техн. наук, доцент, заместитель директора по науке

650000; ул. Весенняя, 28; 650056; ул. Ворошилова, 30; Кемерово

Oleg V. Gerasimov, PhD, A/Professor, Deputy Director for Science

650000; 28, Vesennyaya Str.; 650056; 30, Voroshilov Str.; Kemerovo

gerasimov@noocentr.comВласовМ. А.VlasovM. A.

Максим Алексеевич Власов, аспирант, ведущий инженер

650000; ул. Весенняя, 28; 650056; ул. Ворошилова, 30; Кемерово

Maksim A. Vlasov, Research Assistant, lead engineer

650000; 28, Vesennyaya Str.; 650056; 30, Voroshilov Str.; Kemerovo

maxsdss@mail.ruКрупинаН. В.KrupinaN. V.

Наталья Васильевна Крупина, доцент

650000; ул. Весенняя, 28; Кемерово

Natalia V. Krupina, A/Professor

650000; 28, Vesennyaya Str.; Kemerovo

knv.kad@kuzstu.ruКузбасский государственный технический университет им. Т.Ф. Горбачева; ООО «НООЦЕНТР»РоссияGorbachev Kuzbass State Technical University; OOO ‘NOOCENTER’Russian FederationКузбасский государственный технический университет им. Т.Ф. Горбачева; ООО «ПК “НООСТРОЙ”»РоссияGorbachev Kuzbass State Technical University; OOO ‘NOOSTROY’Russian FederationКузбасский государственный технический университет им. Т.Ф. ГорбачеваРоссияGorbachev Kuzbass State Technical UniversityRussian Federation202602092026284174185Copyright © Герасимов О.В., Власов М.А., Крупина Н.В., 20262026Герасимов О.В., Власов М.А., Крупина Н.В.Gerasimov O.V., Vlasov M.A., Krupina N.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.tsuab.ru/jour/article/view/2582

   Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения эффективности и качества процесса инъецирования цементно-песчаного раствора при укреплении грунтов основания.

   Применение обратного клапана и пережимного устройства позволяет достичь более равномерного и стабильного заполнения пустот, полостей в грунте. Результаты настоящих исследований направлены на совершенствование метода инъецирования цементно-песчаного раствора грунтов оснований в режиме гидроразрыва. Современные условия строительства, реконструкции объектов предъявляют повышенные требования к технологиям укрепления грунтов основания, особенно в слабых грунтах, где существующие методы инъецирования показывают недостаточную эффективность. Проведение геотехнического мониторинга с использованием расчетных программных комплексов позволило оценить изменение напряженно-деформированного состояния (НДС) грунта основания при инъецировании. Примененный подход позволил не только повысить эффективность процесса инъецирования, но и обеспечить более точное прогнозирование поведения грунта после укрепления, что особенно важно при проектировании и эксплуатации зданий и сооружений.

   Целью работы является совершенствование и промышленная апробация метода инъецирования цементно-песчаного раствора при укреплении грунтов основания, включающего применение в технологическом оборудовании обратного клапана и пережимногоустройства.

   Результаты исследования показали значительное изменение напряженно-деформированного состояния грунтов основания после укрепления. Расчетные и фактические деформации основания фундаментов уменьшились до 12 раз, а напряжения в массиве грунта увеличились с 450 до 850 кН/м2. Характер изменения давления нагнетания раствора во времени подтвердил его зависимость от физико-механических характеристик и свойств грунтов основания, что позволило более точно регулировать процесс инъецирования. Ползучесть грунтов влияет на изменение НДС грунтов основания во время закачки укрепляющих растворов и требует особого внимания при производстве работ по укреплению оснований зданий и сооружений.

   Важно отметить, что релаксация напряжений после закачки укрепляющих растворов зависит только от создаваемого давления и физико-механических свойств грунтов и принимает вид V = const.

   The relevance of the study is due to the need to improve the efficiency and quality of the injection process of cement-sand mortar during foundation soil strengthening.

   The use of a check valve and a clamping device allows achieving more uniform and stable filling of voids and cavities in the ground. Modern conditions of construction and reconstruction of facilities place increased demands on technologies for foundation soil strengthening, especially weak soils, where injection methods show insufficient effectiveness. Geotechnical monitoring based on computational software systems help to assess the stress-strain state of soil during injection. The applied approach allows not only to increase the injection efficiency but also to provide a more precise prediction of the soil behavior after strengthening, which is especially important in building design and operation.

   Purpose

   Purpose: The purpose of this work is to improve and commercially test injection of cement-sand mortar during foundation soil strengthening, including the use of a check valve and a clamping device.

   Research findings

   Research findings: It is shown that the stress-strain state of soil grows after strengthening. Calculated and real deformation of foundations decreases by 12 times, and stresses in the soil increase from 450 to 850 kN/m2. The change in the pumping pressure of the mortar over time confirm its dependence on physical and mechanical properties of soil, which made it possible to more accurately regulate the injection process. Soil creep affects the stress-strain state of the foundation soil during injection of the reinforcing mortar and requires special attention when strengthening the foundation soil of buildings. It is important to note that stress relaxation after injection depends only on the pressure and physical and mechanical properties of the soil and is V = const.

торговый центруплотнениегидроразрывнапряжениядеформацииобратный клапанпережимное устройствомоделированиеshopping centercompactionhydrofracturingstressdeformationcheck valveclamping devicemodelingReferencesProkopov, A., Prokopova, M., Rubtsova, Y. The experience of strengthening subsidence of the soil under the existing building in the city of Rostov-on-Don // MATEC Web of Conferences. 2017. V. 106. 2001. Art. 02001. DOI: 10.1051/matecconf/201710602001Prokopov, A., Prokopova, M., Rubtsova, Y. The Experience of Strengthening Subsidence of the Soil under the Existing Building in the City of Rostov-on-Don. MATEC Web of Conferences. 2017; 106: 2001. DOI: 10.1051/matecconf/201710602001Синица, И.В., Ермолович, Е.А., Яцыняк, С.Д. Прогноз влияния очистных работ на напряженно-деформированное состояние массива в районе воздухоподающего ствола // Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2023. № 2. С. 418–431.Sinica, I.V., Ermolovich, E.A., Yacynyak, S.D. Forecast of the Cleaning Impact on the Stress-strain State of Soil near the Air Feeding Shaft. Izvestiya TulGU. Nauki o Zemle. 2023; 2: 18–431. (In Russian)Кулибаба, С.Б., Федоров, Е.В. Перераспределение максимальных вертикальных деформаций горного массива в процессе его подработки // Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2022. № 1. С. 303–316. EDN: XJNDXGKulibaba, S.B., Fedorov, E.V. Redistribution of Maximum Vertical Strain of the Mountain Range during Mining. Izvestiya TulGU. Nauki o Zemle. 2022; 1: 303–316. EDN: XJNDXG (In Russian)Rachkov, D., Volosyuk, D., Pronozin, Y., Bartolomej, L. Experience of strengthening the soil base with parallel lifting of the foundation structure // E3S Web of Conferences. 2022. № 371. Art. 02011. DOI: 10.1051/e3sconf/202337102011Rachkov, D., Volosyuk, D., Pronozin, Y., Bartolomej, L. Experience of Strengthening the Soil Base with Parallel Lifting of the Foundation Structure. E3S Web of Conferences. 2022; 371: 02011.Збицкая, В.В., Псюк, В.В. Обоснование применения буроинъекционной технологии при упрочнении грунтов оснований эксплуатируемых строительных объектов // Сборник научных трудов ДонГТИ. 2022. № 28 (71). С. 113–118. EDN: XNSPCZZbickaya, V.V., Psyuk, V.V. Justification of Boron Injection Technology in Foundation Soil Strengthening of Construction Facilities. Sbornik nauchnykh trudov DonGTI. 2022; 71(28): 113–118. DOI: 10.1051/e3sconf/202337102011 EDN: XNSPCZ In Russian)Харченко, А.И., Хозин, В.Г., Харченко, И.Я., Пискунов, А.А. Применение геополимерных вяжущих для уплотнения и упрочнения грунтов в геотехническом строительстве // Эксперт: теория и практика. 2023. № 4 (23). С. 133–139. DOI: 10.51608/26867818_2023_4_133. EDN: DGUYDOKharchenko, A.I., Khozin, V.G., Kharchenko, I.Ya., Piskunov, A.A. Application of Geopolymer Binders for Soil Compaction and Strengthening in Geoengineering. Ekspert: teoriya i praktika. 2023; 23(4): 133–139. DOI: 10.51608/26867818_2023_4_133. EDN: DGUYDO (In Russian)Шакиров, И.Ф., Вилкова, А.О. Исследование грунтов, укрепленных инъекцией тонкодисперсных цементов // Chronos: естественные и технические науки. 2020. № 5 (33). С. 15–17. EDN: PBVPMDShakirov, I.F., Vilkova, A.O. Investigation of Soils Reinforced by Fine Cement Injection. Chronos: estestvennye i tekhnicheskie nauki. 2020; 5(33): 15–17. EDN: PBVPMD (In Russian)Wintercorn, H.F., Pamukcu, S. Soil Stabilization and Grouting // Foundation Engineering Handbook (2nd edn). New-York : Van Nostrend Reindhold, 1991. P. 317–378.Wintercorn, H.F., Pamukcu, S. Soil Stabilization and Grouting. Foundation Engineering Handbook, 2<sup>nd</sup> edn. H.-Y. Fang, Ed. New York: Van Nostrend Reindhold, 1991. Pp. 317–378.Bartolomey, L.A., Bogomolova, O.A., Geydt, V.D., Heydt, A.V. Computer simulation of the limiting state of the base of the slab foundation, taking into account the rigidity of the above-foundation structure // Construction and Geotechnics. 2023. № 3 (14). P. 92–106. DOI: 10.15593/2224-9826/2023.3.09Bartolomey, L.A., Bogomolova, O.A., Geydt, V.D., Heydt, A.V. Computer Simulation of the Limiting State of the Base of the Slab Foundation, Taking into Account the Rigidity of the Above-Foundation Structure. Construction and Geotechnics. 2023; 14(3): 92–106. DOI: 10.15593/2224-9826/2023.3.09Prokopov, A., Prokopova, M., Rubtsova, Ya. The experience of strengthening subsidence of the soil under the existing building in the city of Rostov-on-Don // MATEC Web of Conferences. 2017. № 106. Art. 02001. DOI: 10.1051/matecconf/201710602001Prokopov, A., Prokopova, M., Rubtsova, Ya. The Experience of Strengthening Subsidence of the Soil under the Existing Building in the City of Rostov-on-Don. MATEC Web of Conferences. 2017; 106: 02001. DOI: 10.1051/matecconf/201710602001Koloshina, G., Prokopova, M., Tkacheva, K. Mathematical modeling of the stress-strain state of a soil during the construction of the underground part of unique buildings // Engineering and Digital Education. 2022. № 2647. Art. 60025. DOI: 10.1063/5.0104214. EDN: PAZJLVKoloshina, G., Prokopova, M., Tkacheva, K. Mathematical Modeling of the Stress-strain State of a Soil during the Construction of the Underground Part of Unique Buildings. Engineering and Digital Education. 2022; 2647: 60025. DOI: 10.1063/5.0104214. EDN: PAZJLVВласов, М.А., Герасимов, О.В., Простов, С.М. Корректировка неравномерной осадки фундамента шахтной вентиляционной установки // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2025. № 4 (170). С. 5–17. DOI: 10.26730/1999-4125-2025-4-5-17Vlasov, M.A., Gerasimov, O.V., Prostov, S.M. Correction of Non-uniform Foundation Setting of the Mine Ventilation System. Vestnik Kuzbasskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2025; 4(170): 5–17. DOI: 10.26730/1999-4125-2025-4-5-17 DOI: 10.26730/1999-4125-2025-4-5-17 (In Russian)Власов, М.А., Герасимов, О.В., Простов, С.М. Предотвращение опасных деформаций грунтового основания сооружения вентиляционной установки на основе объемной геомеханической модели // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2025. № 4 (170). С. 18–31. DOI: 10.26730/1999-4125-2025-4-18-31Vlasov, M.A., Gerasimov, O.V., Prostov, S.M. Prevention of Dangerous Foundation Soil Strain of the Ventilation System using a Geomechanical Model. Vestnik Kuzbasskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2025; 4(170): 18–31. DOI: 10.26730/1999-4125-2025-4-18-31 (In Russian)Tsvetkov, A.B., Pavlova, L.D., Fryanov, V.N. Numerical simulation of geomechanical state of coal massif in the vicinity of underground workings in the superimposed seams // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2017. V. 84. № 1. Art. 012005. DOI: 10.1088/1755-1315/84/1/012005Tsvetkov, A.B., Pavlova, L.D., Fryanov, V.N. Numerical Simulation of Geomechanical State of Coal Massif in the Vicinity of Underground Workings in the Superimposed Seams. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2017; 84: 1–6. DOI: 10.1088/1755-1315/84/1/012005Друзь, Р.А., Корытов, А.С., Протасова, А.В., Жгилев, А.П. Анализ результатов геомеханического моделирования сдвижения поверхности угольного разреза // Известия ТулГУ. Науки о земле. 2023. № 3. С. 415–425. EDN: FDHITQDruz', R.A., Korytov, A.S., Protasova, A.V., Zhgilev, A.P. Analysis of Geomechanical Modeling Results of the Surface Displacement of Coal Quarry. Izvestiya TulGU. Nauki o Zemle. 2023; 3: 415–425. EDN: FDHITQ (In Russian)Власов, М.А., Никулин, Н.Ю., Герасимов, О.В., Петухов, А.А. Влияние ползучести грунта при укреплении оснований фундаментов зданий и сооружений на примере опытной площадки в городе Томске // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2026. № 28 (1). С. 192–206. doi: 10.31675/1607-1859-2026-28-1-192-206Vlasov, M.A., Nikulin, N.Yu., Gerasimov, O.V., Petukhov, A.A. Soil Creep in Building Foundation Strengthening on Experimental Site in Tomsk. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta – Journal of Construction and Architecture. 2026; 28 (1): 192–206. doi: 10.31675/1607-1859-2026-28-1-192-206 (In Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.