Техническая мелиорация грунтов

УДК 631.6
ББК 626.8
Т38
Авторы:
В.П. Хоменко, Т.Г. Макеева, Е.А. Воронцов, И.А. Лаврусевич
Рецензенты:
доктор технических наук Г.П. Постоев, 
главный научный сотрудник ФГБУН Института геоэкологии им. Е.М. Сергеева 
Российской академии наук (ИГЭ РАН);
доктор геолого-минералогических наук А.А. Лаврусевич, 
заведующий кафедрой инженерных изысканий и геоэкологии НИУ МГСУ
	
Т38	 	
Техническая мелиорация грунтов [Электронный ресурс] : [учебное пособие для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство] / [В.П. Хоменко, Т.Г. Макеева, Е.А. Воронцов, И.А. Лаврусевич] ; Минис-терство науки и высшего образования Российской Федерации, Национальный исследовательский Мос-ковский государственный 
строительный университет, кафедра инженерных изысканий и геоэкологии.  — Электрон. 
дан.  и прогр.  (4,0   Мб).   —    Мос-ква  :  Издательство  МИСИ  – МГСУ,  2023.   —   URL: 
http://lib.mgsu.ru. — Загл. с  
ISBN 978-5-7264-3352-3 (сетевое)
ISBN 978-5-7264-3353-0 (локальное)
В учебном пособии приведены основные группы методов технической мелиорации грунтов и массивов, изложены методы инженерно-геологических изысканий в области строительства, необходимые для составления проекта по улучшению свойств грунтов методами технической мелиорации для минимизации природно-техногенных опасностей. 
Для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство.
Учебное электронное издание
© ФГБОУ ВО «НИУ МГСУ», 2023

Учебное электронное издание
Хоменко Виктор Петрович, Макеева Тамара Григорьевна, 
Воронцов Евгений Анатольевич, Лаврусевич Иван Андреевич
ТЕХНИЧЕСКАЯ
МЕЛИОРАЦИЯ ГРУНТОВ
Учебное пособие
Редактор Л.В. Светличная 
Корректор Я.А. Травкина
Верстка и дизайн титульного экрана Д.Л. Разумного 
Для создания электронного издания использовано:
Microsoft Word 2010, Adobe InDesign CS6, ПО Adobe Acrobat
Подписано к использованию 28.11.2023. Объем данных 4,0 Мб.
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования 
«Национальный исследовательский 
Московский государственный строительный университет».
129337, Москва, Ярославское ш., 26.
Издательство МИСИ – МГСУ. 
Тел.: (495) 287-49-14, вн. 14-23, (499) 183-91-90, (499) 183-97-95.
E-mail: ric@mgsu.ru, rio@mgsu.ru

Оглавление
Введение...........................................................................................................................................................5
1. ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕЛИОРАЦИЯ ГРУНТОВ. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ......................................6
1.1. Предмет, задачи и методы....................................................................................................................6
2. МЕТОДЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ МЕЛИОРАЦИИ ГРУНТОВ.......................................................................9
2.1. Физико-механические методы ............................................................................................................9
2.2. Физические методы............................................................................................................................22
2.3. Химические методы...........................................................................................................................30
2.4. Методы армирования грунтовых массивов и грунтов...................................................................50
3. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАБОТ ПО ТЕХНИЧЕСКОЙ 
МЕЛИОРАЦИИ ГРУНТОВ......................................................................................................................60
3.1. Инженерно-геологический контроль качества работ по технической мелиорации 
грунтов.................................................................................................................................................61
3.2. Обследование грунтов оснований зданий и сооружений после их технической 
мелиорации..........................................................................................................................................62
Библиографический список..........................................................................................................................64

ВВЕДЕНИЕ
Основной проблемой, решаемой при проектировании и строительстве, является обеспечение долговечности капитальных долговременных сооружений (зданий, тоннелей, мостов, различного типа подземных сооружений, метрополитенов, автомобильных дорог и т.п.). Существующая тенденция снижения устойчивости зданий и сооружений обусловлена сложными 
инженерно-геологическими условиями возведения объектов, а также ухудшения инженерногеологических условий при эксплуатации сооружений из-за влияния техногенных факторов.
Целью инженерной геологии является изучение природной геологической обстановки 
местности до начала строительства, а  также прогнозирование изменений в  природно-техногенной системе, которую образуют возводимое сооружение и природная среда в процессе 
строительства и эксплуатации сооружений.
В процессе изыскательских работ до начала строительства (при принятии решения о строительстве, об инвестировании проекта и т.д.) решаются следующие задачи:
–– выбор оптимального  (благоприятного) в  геологическом отношении места  (площадки, 
района) строительства данного объекта;
–– определение наиболее рациональных конструкций фундаментов сооружений с учетом 
инженерно-геологических условий объекта;
–– выбор технологии строительства;
–– разработка рекомендаций по необходимым мероприятиям инженерной защиты территорий и охране геологической среды при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений.
В связи с бурным развитием строительства выбор наиболее благоприятных площадок стремительно сокращается, а также в связи с ухудшением геоэкологической обстановки возникает необходимость использования площадок с неблагоприятными условиями для строительства, то есть со структурно-неустойчивыми грунтами, а также восстановление устойчивости 
зданий и сооружений в процессе эксплуатации. В связи с этим возникает необходимость использования защитных мероприятий, с привлечением, в том числе, методов технической мелиорации.
Техническая мелиорация грунтов — инженерно-геологическая дисциплина, объектом исследования которой являются грунты, а задачей — искусственное изменение свойств грунтов, 
использующихся в строительстве.
Учебное пособие разработано для магистрантов и аспирантов, изучающих дисциплину 
«Техническая мелиорация грунтов» по направлению подготовки 08.04.01 Строительство. Целью освоения дисциплины «Техническая мелиорация» является углубление уровня освоения 
компетенций обучающегося в области инженерной защиты территорий и сооружений от опасных геологических процессов, связанных с инженерно-геологическим и экологическим обеспечением проектирования, строительства и эксплуатации объектов и их влияния на окружающую среду.
Для обеспечения надежности эксплуатации зданий и сооружений, создания экологических 
безопасных условий жизнедеятельности человека необходимо освоение ряда компетенций:
–– способность проводить анализ результатов инженерных изысканий и инженерных решений в области строительства для минимизации природно-техногенных опасностей;
–– способность осуществлять обоснование проектных решений в  области строительства 
на основе результатов инженерных изысканий с целью применения методов технической мелиорации.

1. ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕЛИОРАЦИЯ ГРУНТОВ. 
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Предмет, задачи и методы
Техническая мелиорация грунтов — прикладное направление инженерной геологии, занимающееся разработкой теории и методов целенаправленного улучшения состава, структуры, 
состояния и свойств грунтов в связи с запросами разных видов строительства, инженерной 
защиты территорий от опасных экзогенных и эндогенных процессов, решением ряда экологических задач и др.
Предметом исследования технической мелиорации грунтов является установление закономерностей и создание геотехнических массивов пород (грунтовых толщ) с заданными прочностными, деформационными, фильтрационными, теплофизическими и другими свойствами.
Теоретические основы технической мелиорации базируются на фундаментальных научных теориях и дисциплинах физики, химии, грунтоведения, математики, механики, геологии.
Образование новых структурных связей в грунтах при улучшении свойств обусловлено 
рядом сложных химических реакций и процессов, к которым относятся: адсорбция, ионообмен, коагуляция, диспергация, адгезионное взаимодействие, полимеризация, поликонденсация, кристаллизация, гидратация, гидролиз, электроосмос, электрофорез, спекание, плавление и ряд других сложных химических реакций. В связи с этим выделением групп методов 
технической мелиорации достаточно сложно выделить группы методов из-за комплексности 
их воздействия на грунтовые массивы.
В настоящее время можно выделить основные группы методов технической мелиорации 
грунтов и массивов: I — физико-механические, II — физические, III — химические, IV — методы армирования грунтовых массивов и грунтов.
Физико-механическая группа методов в зависимости от вида воздействия объединяет механические и физические подгруппы методов.
Основным видом воздействия при этом служит механическая энергия динамических и статических нагрузок уплотнения, вибрации, взрывов, давления, разряжения, гравитационного 
поля, физических полей. Теоретической основой их является взаимодействие частиц грунта 
в различном состоянии (плотности и влажности) и закономерности изменения структурнотекстурных особенностей грунтов во времени.
Физические методы, основанные на приложении физических полей (электрического, температурного, магнитного), направлены на увеличение плотности, прочности, водо- и морозостойкости, устранение просадочности за счет изменения характера структурных связей в грунтах.
Химические методы основаны на введении в грунт химических реагентов (вяжущих веществ 
как органических, так и неорганических) более 1–5 %. Характер изменения свойств грунтов при 
этом сводится в первую очередь к значительному увеличению прочности, водо- и морозостойкости, уменьшению водопроницаемости грунтов в результате изменения состава и характера структурных связей. Среди этой группы методов можно выделить подгруппу физико-химических методов. Физико-химическая подгруппа методов улучшения свойств грунтов помимо уплотнения 
пород преследует сохранение, стабилизацию данной структуры грунтов или частичное изменение их свойств при использовании комплексных добавок. Физико-химические методы наиболее 
эффективны для суглинков и глин различного состава и генезиса. Они основаны на введении небольших количеств химически и поверхностно-активных веществ (не более 1–3 %). Теоретической основой этой группы методов являются поверхностные процессы, среди которых ведущее 
место занимают процессы адсорбции и ионообмена, происходящие в дисперсных грунтах. Физико-химические методы используются для снижения водопроницаемости, пылимости, пучинистости, изменения уплотняемости в результате изменения поверхности минеральных частиц 
грунта и, в первую очередь, их обменной способности. Эти методы часто используются в сочетании с другими методами при комплексных способах упрочнения пород.

Методы армирования грунтовых массивов объединяют методы для создания пространственных разноуровенных конструкций за счет каркасообразования в теле грунтового массива путем внедрения системы элементов повышенной прочности.
Грунтовые условия зданий и сооружений являются одним из ведущих факторов, определяющих выбор способа улучшения грунтов методами технической мелиорации (рис. 1). Основными факторами при выборе метода улучшения свойств грунтов являются: дисперсность, химико-минеральный состав, проницаемость.
Гравий
Пески
крупнои среднезернистые
Пески
тонкозернистые
Пылеватоглинистые
пески, супеси
(в том числе
лессовидные)
Суглинки
лессовидные
Глины
Цемент
Глина
Силикат + CaCl2
Силикат + H3PO4,
NaAlO2 и др.
Силикат + 
H2SiF6 и др.
Лигносульфанат + 
бихромат
Синтетические полимеры
Силикат + CO2 (газ)
NH3 (газ)
Силикат + эл. ток
Рис. 1. Зависимость способа инъекционного закрепления 
от типа дисперсности грунтов
На рис. 2 приведены области применения методов технической мелиорации грунтов.
Рис. 2. Диапазоны применения методов технической мелиорации грунтов 

Поверхностные методы улучшения грунтов с нарушенным строением используются в целях укрепления грунтов для дорожного, аэродромного и гидротехнического строительства (основания и покрытия дорог и аэродромов, водонепроницаемые экраны при создании каналов, 
подземных сооружений, плотин и т.п.). Объектами поверхностного укрепления грунтов являются в основном почвы и разнообразные по генезису дисперсные грунты четвертичного возраста.
Глубинные методы укрепления грунтов в массиве с ненарушенным строением реализуются при инъекции разных по дисперсности растворов или вязко-жидких суспензий и применяются для укрепления грунтов в гражданском и гидротехническом строительстве, в горном 
деле и других отраслях.
Методы технической мелиорации грунтов нашли широкое применение при инженерной 
защите территорий от различных экзогенных и природных процессов: противоэрозионные 
мероприятия, при защите территорий и сооружений от оползней, обвалов, селей, карстовых 
процессов, при борьбе с криогенными процессами, при разработке противосейсмических мероприятий, при защите от поверхностных и подземных вод от загрязнения и т.д.
Методами технической мелиорации можно решать сложные задачи в процессе эксплуатации зданий и сооружений: усиление оснований зданий и сооружений; устройство противофильтрационных завес, экранов, стенок; стабилизация склонов и откосов; увеличение несущей способности свай и анкерных устройств; защита поверхностных и подземных вод от 
загрязнения; стабилизация стенок горных выработок и тоннелей и борьба с водопритоками; 
создание материалов с заданными свойствами; устройство набивных и инъекционных свай; 
возведение земляных сооружений (плотин, дамб, перемычек); создание оснований, стенок откосов на основе предварительно напряженных (армированных) грунтовых систем.
Важную роль при локализации загрязнений играют искусственные геохимические барьеры. С этой целью наиболее эффективно применяются полупроницаемые обратимые экраны 
и искусственные (защитные) геохимические барьеры (рис. 3–5).
 
 
   
 
Искусственные геохимические 
(проницаемые) барьеры 
Обратимые 
Необратимые
 
Абиотическое 
восстановление 
Биотическое 
восстановление 
Осаждение 
Сорбция, 
ионный обмен 
Сополимеризация 
Рис. 3. Классификация искусственных геохимических барьеров 
по механизму поглощения токсиканта [12]
 
 
 
  
 
 
 
 
 
Искусственные (защитные) геохимические барьеры
 
 
Инъекционные технологии
 
Буросмесительные технологии
 
Совмещение грунтов с вяжущими 
 
 
Перемешивание и укладка
при заданной плотности
и в заданной конфигурации
Инъекция  
пропиткой 
Струйная  
технология 
С инъекционными 
растворами 
Сухое  
смешивание 
Рис. 4. Технические приемы устройства искусственных геохимических барьеров 
методами технической мелиорации [12]