Введение

Освоение подземного пространства городов и массовая реконструкция сложившейся застройки поставили геотехнику перед условиями, в которых классические приёмы устройства оснований работают далеко не всегда. Котлован приходится раскрывать вплотную к существующим зданиям, нередко на водонасыщенных слабых грунтах, где и откачка воды, и забивка свай создают недопустимые риски для окружающих сооружений [1, 2]. В этой ситуации востребованы методы, позволяющие превращать сам грунт в несущий или ограждающий элемент, не вынимая его из массива; наиболее гибким из них сегодня остаётся струйная цементация [1]. Цель работы — систематизировать современное состояние технологии: её физическую сущность и классификацию, роль состава раствора в формировании прочности, области применения и способы контроля качества.

1. Физическая сущность и классификация технологических схем

История метода началась в США в 1950-е гг. с патентования способа перемешивания грунта с цементом непосредственно в скважине; качественный скачок произошёл при переносе в геотехнику принципов гидромеханизации. В 1971 г. в Японии запатентована технология CCP, в которой вяжущее подавалось через сопла в нижней части вращающейся штанги; схемы JSP и CJG с подачей раствора в оболочке сжатого воздуха стали прототипами современных технологий Jet 2 и Jet 3 [2]. В отечественную практику метод вошёл в 1970-е гг. через устройство противофильтрационных завес на гидротехнических объектах, а систематические исследования начались в НИИОСП им. Н. М. Герсеванова [1].

Механизм процесса таков: свободная струя после выхода из сопла распадается на последовательность капель, и воздействие на грунт реализуется через удельные импульсы этих капель. В дисперсных грунтах частицы частично замещаются раствором, а избыток грунта выносится на поверхность в виде пульпы; в трещиноватых скальных породах цементные связи образуются в трещинах без выноса материала [12]. Диаметр элемента управляется давлением и расходом раствора, скоростью вращения и подъёма монитора, а соотношение цемента и грунта определяет прочность, деформативность и водонепроницаемость конструкции [4].

Согласно СП 291.1325800.2017, грунтоцементные элементы подразделяются на элементы струйной цементации и элементы глубинного перемешивания, при котором грунт смешивается с вяжущим без извлечения на поверхность [6]. Внутри струйной технологии выделяют три базовые схемы (рис. 1): однокомпонентную Jet 1, где размыв ведёт струя раствора; двухкомпонентную Jet 2, в которой струя раствора окружена оболочкой сжатого воздуха; трёхкомпонентную Jet 3, при которой грунт предварительно разрушается водовоздушной струёй. Переход от Jet 1 к Jet 3 увеличивает диаметр элементов и расход цемента, поэтому выбор схемы — баланс между качеством и стоимостью [1, 2].

Рис. 1. Технологические схемы струйной цементации: а — однокомпонентная; б — двухкомпонентная; в — трёхкомпонентная

2. Раствор как управляющий параметр технологии

Цементный раствор — единственный компонент системы, назначаемый проектировщиком заранее, и именно через него реализуется управление свойствами будущего материала. Растворы с низким водоцементным отношением ведут себя как вязкопластичные жидкости, что осложняет расчёт гидравлических потерь в затрубном пространстве: на большой глубине эти потери способны достигать давления гидроразрыва стенок скважины, нарушая режим излива пульпы и снижая качество закрепления [8]. Отсюда требование назначать реологию раствора, диаметр лидерной скважины и темп подъёма монитора совместно.

Количественная связь состава и прочности хорошо прослеживается экспериментально. По данным НИЦ «Строительство», прочность грунтоцемента из песков и суглинков при одноосном сжатии снижалась с 18–22 МПа при В/Ц = 0,8 до 11–14 МПа при В/Ц = 1,0, до 3–7 МПа при В/Ц = 1,5 и до 1–2 МПа при В/Ц = 3,0 [10] (рис. 2). Показательны и полевые испытания пятнадцати колонн: максимальные прочность и модуль деформации получены при В/Ц = 0,8, тогда как введение жидкого стекла и соды дало прирост лишь 1–9 %, а их совместное применение вовсе снизило прочность — рецептура требует опытного обоснования на каждой площадке [9]. Для противофильтрационных конструкций допускаются цементно-бентонитовые растворы: бентонит в дозировке 1–10 % повышает седиментационную устойчивость смеси, но снижает прочность [1, 6].

Рис. 2. Влияние водоцементного отношения на прочность грунтоцемента при одноосном сжатии (по данным [10])

3. Области применения

Наиболее массовая сфера применения метода в реконструкции — передача нагрузок от существующих фундаментов на вновь устраиваемые грунтоцементные элементы и создание структурных геотехнических массивов из перекрывающихся колонн [1, 2]. Решающий аргумент в стеснённых условиях — отсутствие вибрации и ударов при минимальных габаритах оборудования. Однако работы рядом со зданиями, чувствительными к неравномерным осадкам, требуют контроля и деформаций массива: последовательность обработки соседних элементов назначается из условия недопущения как подъёма, так и просадки грунта [8].

Значительная доля объёмов приходится на противофильтрационные завесы. Вертикальная завеса работает за счёт заглубления на 1,5–2 м в водоупор (рис. 3); горизонтальная применяется, когда водоупор залегает глубоко, и требует отдельного экономического обоснования. Требования к завесам формулируются по прочности (не менее 0,5 МПа на размыв и суффозию), коэффициенту фильтрации (не более 0,005 м/сут) и допустимому градиенту напора; сплошность обеспечивается шагом элементов и контролем отклонений осей [1, 6, 7].

Показательно, что технология вышла за пределы дисперсных грунтов. Опыт модификации обводнённых трещиноватых скальных пород по схеме Jet 2 на глубинах 33–35 м показал снижение коэффициента фильтрации с 2,5–4,5 м/сут до порядка 0,001 м/сут при одновременном росте прочности за счёт цементационных связей между блоками породы; методика вошла в Изменение 1 к СП 291.1325800.2017 и внедрена на транспортных объектах Москвы [12, 13].

Рис. 3. Принципиальная схема вертикальной противофильтрационной завесы

4. Контроль качества и перспективы

Специфическая проблема струйной цементации в том, что её продукт скрыт в массиве. Нормативная документация основным способом контроля предписывает отбор кернов, однако этот метод дорогостоящ и выполняется после твердения материала — корректировать технологию по его результатам уже поздно [10]. Альтернативой стал оперативный контроль по параметрам грунтоцементной пульпы, извлекаемой из скважины в ходе работ: плотность пульпы коррелирует с содержанием грунтовых частиц и, следовательно, с ожидаемой прочностью. В работах А. Г. Малинина и И. А. Салмина показана возможность оценивать прочность элементов по прочности пульпы, что позволяет управлять качеством непосредственно в процессе производства [11]. Развитием подхода служат статистические методы: по совокупности замеров плотности излива и режимов строятся прогнозные оценки прочности и жёсткости, сокращающие объём разрушающего контроля [4].

Сдерживающие факторы технологии при этом известны: высокая стоимость и отсутствие гарантии проектных параметров без развитой системы контроля; в глинистых грунтах прочность грунтоцемента систематически ниже, чем в песках [1, 10]. В числе перспективных направлений — нормативное закрепление статистических методов, автоматизация регистрации технологических параметров с привязкой к информационной модели объекта и расширение применения техногенных вяжущих; отдельная задача — оценка долговечности грунтоцемента в агрессивных средах [9, 10].

Заключение

Проведённый анализ позволяет сделать следующие выводы. Во-первых, струйная цементация стала универсальным инструментом геотехники, охватывающим усиление оснований, ограждение котлованов и противофильтрационную защиту; выбор между схемами Jet 1, Jet 2 и Jet 3 определяется требуемым диаметром и качеством элемента в конкретных грунтовых условиях. Во-вторых, ключевым управляемым параметром остаётся водоцементное отношение: рост В/Ц с 0,8 до 3,0 снижает прочность грунтоцемента на порядок, а эффект добавок требует опытной проверки. В-третьих, узким местом остаётся контроль качества скрытых конструкций, и наиболее перспективен переход от постфактум-контроля кернами к оперативной оценке по параметрам пульпы со статистической калибровкой. Успешный опыт модификации трещиноватых скальных грунтов, кроме того, расширяет применимость метода за пределы дисперсных сред. Для фундаментостроения на слабых водонасыщенных грунтах струйная цементация обеспечивает сочетание технологической гибкости и минимального воздействия на окружающую застройку, недостижимого для большинства альтернативных методов.

Литература:

1. Малинин А. Г. Струйная цементация грунтов. — М.: Стройиздат, 2010. — 226 с.
2. Бройд И. И. Струйная геотехнология. — М.: Изд-во АСВ, 2004. — 448 с.
3. Ибрагимов М. Н., Семкин В. В., Шапошников А. В. Закрепление грунтов в подземном строительстве. — М.: Изд-во АСВ, 2022.
4. Мангушев Р. А., Усманов Р. А., Ланько С. В., Конюшков В. В. Методы подготовки и устройства искусственных оснований: учеб. пособие. — М.; СПб.: Изд-во АСВ, 2012. — 266 с.
5. СП 291.1325800.2017. Конструкции грунтоцементные армированные. Правила проектирования.
6. СП 45.13330.2017. Основания и фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 3.02.01–87.
7. Хамзина Е. А. Обзор применения технологии струйной цементации грунтов в качестве противофильтрационной завесы // Master’s Journal. — 2024. — № 1. — Ст. 04.
8. Красилов А. А., Беккер А. Т., Чжан Ц., Бай С. Влияние водоцементной суспензии на свойства грунтоцемента при струйной цементации слабых грунтов // Вестник МГСУ. — 2025. — Т. 20, № 12. — С. 1947–1956.
9. Богов С. Г. Оптимизация струйной технологии цементации грунтов [Электронный ресурс] // Современное строительство и архитектура. — 2025. — № 3 (58). — URL: https://doi.org/10.60797/mca.2025.58.2 (дата обращения: 04.11.2026).
10. Антоненко Д. В., Шапошников А. В., Мисюк А. И. и др. Исследование вопросов оперативного контроля струйной цементации грунтов по параметрам грунтоцементной пульпы // Вестник НИЦ «Строительство». — 2024. — Т. 43, № 4. — С. 93–109.
11. Малинин А. Г., Салмин И. А. О возможности контроля прочности грунтоцементных элементов по прочности грунтоцементной пульпы [Электронный ресурс] // Жилищное строительство. — 2024. — № 9. — URL: https://doi.org/10.31659/0044–4472–2024–9–11–13 (дата обращения: 04.11.2026).
12. Зуев С. С., Маковецкий О. А. Закономерности изменения механических и фильтрационных свойств полускальных грунтов, модифицированных струйной цементацией // Жилищное строительство. — 2024. — № 9.
13. Маковецкий О. А., Конюхов Д. С., Зуев С. С. Опыт применения струйной цементации для устройства противофильтрационной завесы в скальных грунтах // Жилищное строительство. — 2020. — № 9. — С. 27–33.