DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2025.12(43).1.350-357
Reinforcement Efficiency of Soil-Cement Elements Manufactured by Deep Soil Mixing Technology
About the Authors
Serhii Bida, Associate Professor, PhD in Technical Sciences (Candidate of Technical Sciences), Associate Professor of the Department of Building and Vocational Education, Poltava State Agrarian University, Poltava, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1597-9333, e-mail: serhii.bida@pdau.edu.ua
Oleksandr Petrash, Associate Professor, PhD in Technical Sciences (Candidate of Technical Sciences), Associate Professor of the Department of Building and Vocational Education, Poltava State Agrarian University, Poltava, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8151-6460, e-mail: oleksandr.petrash@pdau.edu.ua
Ruslan Petrash, Associate Professor, PhD (Candidate of Technical Sciences), Associate Professor of the Department of Building and Vocational Education, Poltava State Agrarian University, Poltava, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5812-4044, e-mail: ruslan.petrash@pdau.edu.ua
Abstract
The construction of buildings with significant loads on the foundation and the use of areas of loose soils for construction requires builders to take measures to increase the bearing capacity of the foundation. In recent years, considerable attention has been paid to the development of technologies for strengthening the foundation soils, which ultimately allows the use of shallow foundations. One of these areas is the arrangement of soil-cement elements using various technologies. The article focuses on increasing the bearing capacity of soil-cement elements manufactured using deep soilmixing technology.
The construction of soil-cement elements is possible using various technologies, but the deep soil mixing technology has a number of advantages, including high mobility of the equipment complex, the ability to work in constrained conditions, easy variation of soil-cement elements parameters by using replaceable equipment, minimal impact on the environment and workers in terms of occupational safety, independence of the technological process from external factors, the ability to constantly monitor material consumption This method of producing soil-cement elements by mixing without removing the soil makes it possible to perform work without using casing or other measures to ensure the stability of a borehole.
However, as foundation construction practice has shown, the main disadvantage of soil-cement elements is their relatively low material strength. Increasing the strength of soil-cement elements is possible in various ways - by adding more cement, plasticizing or other additives, fly ash, vibration, reinforcement with synthetic materials, etc. However, the most effective way to increase the bearing capacity is to reinforce them with rolled profiles or spatial frames. Reinforcement with frames is more effective, but immersion of the frame in soil cement is problematic, so the paper proposes a method of immersion of the frame that allows increasing the depth of reinforcement of soil cement elements.
Keywords
ground improvement, soil-cement, deep soil mixing technology, reinforcement
Full Text:
PDF
References
1. Blashchuk, N. V., Maievska, I. V., & Honcharuk, M. S. (2020). Use of fly ash in soil–cement composition. Modern Technologies, Materials and Structures in Construction, 2, 51–65. https://doi.org/10.31649/2311- 1429-2020-2-51-65 [in Ukrainian].
2. Bondar, V., Bondar, L., & Petrash, O. (2018). Reinforcement corrosion characteristics with periodical profile. International Journal of Engineering & Technology, 7(3.2), 575–579.
3. Croce, P., Flora, A., & Modoni, G. (2014). Jet grouting: Technology, design and control. New York: CRC Press, Taylor & Francis Group.
4. Kirichek, Yu. A., & Komissarov, H. V. (2019). Structures made of soil–cement for construction of building foundations. Bulletin of Prydniprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture, 3, 42–50. https://doi.org/10.30838/J.BBPSACEA.2312.040719.42.462 [in Ukrainian].
5. Marchenko, V., & Nesterenko, T. (2014). Influence of vibration time during preparation soil–cement piles on their bearing capacity. In Conference reports materials “Problems of energy saving and nature use 2013” (p. 78–83). Budapest.
6. Maievska, I. V., Ocheretnyi, V. P., & Honcharuk, M. S. (2018). Determination of the influence of fly ash additives on the properties of soil–cement. In Innovative technologies in construction: International scientific-technical conference (Vinnytsia, Ukraine). Vinnytsia: VNTU. https://conferences.vntu.edu.ua/index.php/itb/itb2018/paper/view/6020 [in Ukrainian].
7. Mykhailovska, O. V. (2022). Technology of arranging soil–cement blocks with fly ash additives. Bulletin of Lviv University of Trade and Economics. Technical Sciences, 31, 14–18. https://doi.org/10.36477/2522- 1221-2022-31-02 [in Ukrainian].
8. Njock, P. G. A., Chen, J., Modoni, G., Arulrajah, A., & Kim, Y. H. (2018). A review of jet grouting practice and development. Arabian Journal of Geosciences, 11(20), 1–31. https://doi.org/10.1007/s12517-018-3809-7
9. Novitskyi, O. P. (2012). Influence of plasticizing additives on soil–cement strength. Collected Scientific Works (Industry Engineering, Construction), 4(34), 171–177 [in Ukrainian].
10. Novytskyi, O. (2021). Soil–cement piles fiber reinforced. Theory and Building Practice, 3(1), 113–119. https://doi.org/10.23939/jtbp2021.01.113
11. Petrash, R. V., Petrash, O. V., & Kalchenko, T. S. (2014, December 17). Technological features of the soil– cement pile reinforcement process. In Problems of modern construction: Proceedings of the All-Ukrainian Conference of Young Scientists and Postgraduates (p. 263). Poltava: PoltNTU [in Ukrainian].
12. Shibazaki, M. (2003). State of practice of jet grouting. Geotechnical Special Publication. Grouting and Ground Treatment, 1, 198–217. https://doi.org/10.1061/40663(2003)7
13. Tornaghi, R., & Pettinaroli, A. (2004). Design control criteria of jet grouting treatment. In Symposium International sur l’Amélioration des Sols en Place (Paris, France).
14. Zotsenko, M. L., Vynnykov, Yu. L., & Zotsenko, V. M. (2016). Bored soil–cement piles manufactured by boring–mixing method: Monograph. Kharkiv: Drukarnia Madrid [in Ukrainian].
15. Zotsenko, M., Mykhailovska, O., Shirinzade, I., & Lartseva, I. (2022). Influence of fly ash additives on strength characteristics of soil–cement as a material for waste storage construction. In Lecture Notes in Civil Engineering (pp. 457–464). Springer.
16. Zotsenko, N., Vynnykov, Yu., & Zotsenko, V. (2015). Soil–cement piles by boring–mixing technology. In Energy, energy saving and rational nature use (pp. 192–253). Oradea: Oradea University Press.
17. Zotsenko, M. L. (2016). Soil–cement as a structural and waterproofing material in underground construction. Building Constructions, 83(2), 296–316. nbuv.gov.ua/UJRN/buko_2016_83(2) 37 [in Ukrainian].
18. Zotsenko, M. L. (Ed.). (2004). Engineering geology. Soil mechanics, foundations and foundations: Textbook for students of higher educational institutions. Poltava: PNTU [in Ukrainian].
19. Zuievska, N. V., Shaidetska, L. V., & Hubashova, V. Ye. (2020). Prospects for the use of jet–cement soil strengthening. Geoengineering, 3, 13–19. doi.org/10.20535/2707-2096.3.2020.219322 [in Ukrainian].
Citations
1. Зоценко М. Л. та ін. Інженерна геологія. Механіка ґрунтів, основи та фундаменти : підручник для студентів вищих навчальних закладів / за ред. М. Л. Зоценка. Полтава : ПНТУ, 2004. 562 с.
2. Shibazaki M. State of practice of jet grouting. Geotechnical Special Publication. Grouting and Ground Treatment. 2003. Vol. 1. P. 198–217. DOI: https://doi.org/10.1061/40663(2003)7.
v3. Njock P. G. A., Chen J., Modoni G., Arulrajah A., Kim Y. H. A review of jet grouting practice and development. Arabian Journal of Geosciences. 2018. Vol. 11, № 20. P. 1–31. DOI: https://doi.org/10.1007/s12517-018-3809-7.
4. Tornaghi R., Pettinaroli A. Design control criteria of jet grouting treatment. Symposium International sur l’Amélioration des Sols en Place (Paris, France). 2004.
5. Croce P., Flora A., Modoni G. Jet grouting: technology, design and control. New York : CRC Press, Taylor & Francis Group, 2014. 305 с.
6. Зуєвська Н. В., Шайдецька Л. В., Губашова В. Є. Перспективи застосування струменево- цементаційного закріплення ґрунтових основ. Геоінженерія. 2020. № 3. С. 13–19. DOI: https://doi.org/10.20535/2707-2096.3.2020.219322.
7. Зоценко М. Л. Ґрунтоцемент – конструктивний і гідроізоляційний матеріал при будівництві підземних споруд. Будівельні конструкції. 2016. Вип. 83 (2). С. 296–316. URL: http://nbuv.gov.ua/UJRN/buko_2016_83(2) 37.
8. Кірічек Ю. А., Коміссаров Г. В. Конструкції з ґрунтоцементу для зведення фундаментів будівель і споруд. Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. 2019. № 3. С. 42–50. DOI: 10.30838/J.BBPSACEA.2312.040719.42.462.
9. Зоценко М. Л., Винников Ю. Л., Зоценко В. М. Бурові ґрунтоцементні палі, які виготовляються за бурозмішувальним методом : монографія. Харків : Друкарня Мадрид, 2016. 94 с.
10. Zotsenko N., Vynnykov Yu., Zotsenko V. Soil-cement piles by boring-mixing technology. Energy, energy saving and rational nature use. Oradea : Oradea University Press, 2015. P. 192–253.
11. Блащук Н. В., Маєвська І. В., Гончарук М. С. Використання золи винесення у складі ґрунтоцементу. Сучасні технології, матеріали і конструкції у будівництві. 2020. № 2. С. 51–65. DOI: 10.31649/2311- 1429-2020-2-51-65.
12. Михайловська О. В. Технологія влаштування ґрунтоцементних блоків з добавкою золи. Вісник Львівського торговельно-економічного університету. Технічні науки. 2022. № 31. С. 14–18. DOI: https://doi.org/10.36477/2522-1221-2022-31-02.
13. Zotsenko M., Mykhailovska O., Shirinzade I., Lartseva I. Influence of fly ash additives on strength characteristics of soil–cement as a material for waste storage construction. Lecture Notes in Civil Engineering. 2022. P. 457–464.
14. Маєвська І. В., Очеретний В. П., Гончарук М. С. Визначення впливу добавок золи винесення на властивості ґрунтоцементу. Інноваційні технології в будівництві : міжнар. наук.-техн. конф. (Вінниця, 2018). Вінниця : ВНТУ, 2018. URL: https://conferences.vntu.edu.ua/index.php/itb/itb2018/paper/view/6020.
15. Новицький О. П. Вплив пластифікуючих добавок на міцність ґрунтоцементу. Зб. наук. пр. (Галузеве машинобудування, будівництво). Полтава : ПолтНТУ, 2012. Вип. 4 (34). С. 171–177.
16. Marchenko V., Nesterenko T. Influence of vibration time during preparation soil-cement piles on their bearing capacity. Conference reports materials «Problems of energy saving and nature use 2013». Budapest, 2014. P. 78–83.
17. Novytskyi O. Soil-cement piles fiber reinforced. Theory and Building Practice. 2021. Vol. 3, № 1. P. 113–119. DOI: https://doi.org/10.23939/jtbp2021.01.113.
18. Bondar V., Bondar L., Petrash O. Reinforcement corrosion characteristics with periodical profile. International Journal of Engineering & Technology. 2018. Vol. 7, № 3.2. P. 575–579.
19. Петраш Р. В., Петраш О. В., Кальченко Т. С. Технологічні особливості процесу армування ґрунтоцементних паль. Проблеми сучасного будівництва : матеріали Всеукр. конф. молодих учених і аспірантів (Полтава, 17 груд. 2014 р.). Полтава : ПолтНТУ, 2014. С. 263.
Copyright (©) 2025, Serhii Bida, Oleksandr Petrash, Ruslan Petrash
Reinforcement Efficiency of Soil-Cement Elements Manufactured by Deep Soil Mixing Technology
About the Authors
Serhii Bida, Associate Professor, PhD in Technical Sciences (Candidate of Technical Sciences), Associate Professor of the Department of Building and Vocational Education, Poltava State Agrarian University, Poltava, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1597-9333, e-mail: serhii.bida@pdau.edu.ua
Oleksandr Petrash, Associate Professor, PhD in Technical Sciences (Candidate of Technical Sciences), Associate Professor of the Department of Building and Vocational Education, Poltava State Agrarian University, Poltava, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8151-6460, e-mail: oleksandr.petrash@pdau.edu.ua
Ruslan Petrash, Associate Professor, PhD (Candidate of Technical Sciences), Associate Professor of the Department of Building and Vocational Education, Poltava State Agrarian University, Poltava, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5812-4044, e-mail: ruslan.petrash@pdau.edu.ua
Abstract
Keywords
Full Text:
PDFReferences
1. Blashchuk, N. V., Maievska, I. V., & Honcharuk, M. S. (2020). Use of fly ash in soil–cement composition. Modern Technologies, Materials and Structures in Construction, 2, 51–65. https://doi.org/10.31649/2311- 1429-2020-2-51-65 [in Ukrainian].
2. Bondar, V., Bondar, L., & Petrash, O. (2018). Reinforcement corrosion characteristics with periodical profile. International Journal of Engineering & Technology, 7(3.2), 575–579.
3. Croce, P., Flora, A., & Modoni, G. (2014). Jet grouting: Technology, design and control. New York: CRC Press, Taylor & Francis Group.
4. Kirichek, Yu. A., & Komissarov, H. V. (2019). Structures made of soil–cement for construction of building foundations. Bulletin of Prydniprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture, 3, 42–50. https://doi.org/10.30838/J.BBPSACEA.2312.040719.42.462 [in Ukrainian].
5. Marchenko, V., & Nesterenko, T. (2014). Influence of vibration time during preparation soil–cement piles on their bearing capacity. In Conference reports materials “Problems of energy saving and nature use 2013” (p. 78–83). Budapest.
6. Maievska, I. V., Ocheretnyi, V. P., & Honcharuk, M. S. (2018). Determination of the influence of fly ash additives on the properties of soil–cement. In Innovative technologies in construction: International scientific-technical conference (Vinnytsia, Ukraine). Vinnytsia: VNTU. https://conferences.vntu.edu.ua/index.php/itb/itb2018/paper/view/6020 [in Ukrainian].
7. Mykhailovska, O. V. (2022). Technology of arranging soil–cement blocks with fly ash additives. Bulletin of Lviv University of Trade and Economics. Technical Sciences, 31, 14–18. https://doi.org/10.36477/2522- 1221-2022-31-02 [in Ukrainian].
8. Njock, P. G. A., Chen, J., Modoni, G., Arulrajah, A., & Kim, Y. H. (2018). A review of jet grouting practice and development. Arabian Journal of Geosciences, 11(20), 1–31. https://doi.org/10.1007/s12517-018-3809-7
9. Novitskyi, O. P. (2012). Influence of plasticizing additives on soil–cement strength. Collected Scientific Works (Industry Engineering, Construction), 4(34), 171–177 [in Ukrainian].
10. Novytskyi, O. (2021). Soil–cement piles fiber reinforced. Theory and Building Practice, 3(1), 113–119. https://doi.org/10.23939/jtbp2021.01.113
11. Petrash, R. V., Petrash, O. V., & Kalchenko, T. S. (2014, December 17). Technological features of the soil– cement pile reinforcement process. In Problems of modern construction: Proceedings of the All-Ukrainian Conference of Young Scientists and Postgraduates (p. 263). Poltava: PoltNTU [in Ukrainian].
12. Shibazaki, M. (2003). State of practice of jet grouting. Geotechnical Special Publication. Grouting and Ground Treatment, 1, 198–217. https://doi.org/10.1061/40663(2003)7
13. Tornaghi, R., & Pettinaroli, A. (2004). Design control criteria of jet grouting treatment. In Symposium International sur l’Amélioration des Sols en Place (Paris, France).
14. Zotsenko, M. L., Vynnykov, Yu. L., & Zotsenko, V. M. (2016). Bored soil–cement piles manufactured by boring–mixing method: Monograph. Kharkiv: Drukarnia Madrid [in Ukrainian].
15. Zotsenko, M., Mykhailovska, O., Shirinzade, I., & Lartseva, I. (2022). Influence of fly ash additives on strength characteristics of soil–cement as a material for waste storage construction. In Lecture Notes in Civil Engineering (pp. 457–464). Springer.
16. Zotsenko, N., Vynnykov, Yu., & Zotsenko, V. (2015). Soil–cement piles by boring–mixing technology. In Energy, energy saving and rational nature use (pp. 192–253). Oradea: Oradea University Press.
17. Zotsenko, M. L. (2016). Soil–cement as a structural and waterproofing material in underground construction. Building Constructions, 83(2), 296–316. nbuv.gov.ua/UJRN/buko_2016_83(2) 37 [in Ukrainian].
18. Zotsenko, M. L. (Ed.). (2004). Engineering geology. Soil mechanics, foundations and foundations: Textbook for students of higher educational institutions. Poltava: PNTU [in Ukrainian].
19. Zuievska, N. V., Shaidetska, L. V., & Hubashova, V. Ye. (2020). Prospects for the use of jet–cement soil strengthening. Geoengineering, 3, 13–19. doi.org/10.20535/2707-2096.3.2020.219322 [in Ukrainian].
Citations
1. Зоценко М. Л. та ін. Інженерна геологія. Механіка ґрунтів, основи та фундаменти : підручник для студентів вищих навчальних закладів / за ред. М. Л. Зоценка. Полтава : ПНТУ, 2004. 562 с.
2. Shibazaki M. State of practice of jet grouting. Geotechnical Special Publication. Grouting and Ground Treatment. 2003. Vol. 1. P. 198–217. DOI: https://doi.org/10.1061/40663(2003)7.
v3. Njock P. G. A., Chen J., Modoni G., Arulrajah A., Kim Y. H. A review of jet grouting practice and development. Arabian Journal of Geosciences. 2018. Vol. 11, № 20. P. 1–31. DOI: https://doi.org/10.1007/s12517-018-3809-7.
4. Tornaghi R., Pettinaroli A. Design control criteria of jet grouting treatment. Symposium International sur l’Amélioration des Sols en Place (Paris, France). 2004.
5. Croce P., Flora A., Modoni G. Jet grouting: technology, design and control. New York : CRC Press, Taylor & Francis Group, 2014. 305 с.
6. Зуєвська Н. В., Шайдецька Л. В., Губашова В. Є. Перспективи застосування струменево- цементаційного закріплення ґрунтових основ. Геоінженерія. 2020. № 3. С. 13–19. DOI: https://doi.org/10.20535/2707-2096.3.2020.219322.
7. Зоценко М. Л. Ґрунтоцемент – конструктивний і гідроізоляційний матеріал при будівництві підземних споруд. Будівельні конструкції. 2016. Вип. 83 (2). С. 296–316. URL: http://nbuv.gov.ua/UJRN/buko_2016_83(2) 37.
8. Кірічек Ю. А., Коміссаров Г. В. Конструкції з ґрунтоцементу для зведення фундаментів будівель і споруд. Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. 2019. № 3. С. 42–50. DOI: 10.30838/J.BBPSACEA.2312.040719.42.462.
9. Зоценко М. Л., Винников Ю. Л., Зоценко В. М. Бурові ґрунтоцементні палі, які виготовляються за бурозмішувальним методом : монографія. Харків : Друкарня Мадрид, 2016. 94 с.
10. Zotsenko N., Vynnykov Yu., Zotsenko V. Soil-cement piles by boring-mixing technology. Energy, energy saving and rational nature use. Oradea : Oradea University Press, 2015. P. 192–253.
11. Блащук Н. В., Маєвська І. В., Гончарук М. С. Використання золи винесення у складі ґрунтоцементу. Сучасні технології, матеріали і конструкції у будівництві. 2020. № 2. С. 51–65. DOI: 10.31649/2311- 1429-2020-2-51-65.
12. Михайловська О. В. Технологія влаштування ґрунтоцементних блоків з добавкою золи. Вісник Львівського торговельно-економічного університету. Технічні науки. 2022. № 31. С. 14–18. DOI: https://doi.org/10.36477/2522-1221-2022-31-02.
13. Zotsenko M., Mykhailovska O., Shirinzade I., Lartseva I. Influence of fly ash additives on strength characteristics of soil–cement as a material for waste storage construction. Lecture Notes in Civil Engineering. 2022. P. 457–464.
14. Маєвська І. В., Очеретний В. П., Гончарук М. С. Визначення впливу добавок золи винесення на властивості ґрунтоцементу. Інноваційні технології в будівництві : міжнар. наук.-техн. конф. (Вінниця, 2018). Вінниця : ВНТУ, 2018. URL: https://conferences.vntu.edu.ua/index.php/itb/itb2018/paper/view/6020.
15. Новицький О. П. Вплив пластифікуючих добавок на міцність ґрунтоцементу. Зб. наук. пр. (Галузеве машинобудування, будівництво). Полтава : ПолтНТУ, 2012. Вип. 4 (34). С. 171–177.
16. Marchenko V., Nesterenko T. Influence of vibration time during preparation soil-cement piles on their bearing capacity. Conference reports materials «Problems of energy saving and nature use 2013». Budapest, 2014. P. 78–83.
17. Novytskyi O. Soil-cement piles fiber reinforced. Theory and Building Practice. 2021. Vol. 3, № 1. P. 113–119. DOI: https://doi.org/10.23939/jtbp2021.01.113.
18. Bondar V., Bondar L., Petrash O. Reinforcement corrosion characteristics with periodical profile. International Journal of Engineering & Technology. 2018. Vol. 7, № 3.2. P. 575–579.
19. Петраш Р. В., Петраш О. В., Кальченко Т. С. Технологічні особливості процесу армування ґрунтоцементних паль. Проблеми сучасного будівництва : матеріали Всеукр. конф. молодих учених і аспірантів (Полтава, 17 груд. 2014 р.). Полтава : ПолтНТУ, 2014. С. 263.
Copyright (©) 2025, Serhii Bida, Oleksandr Petrash, Ruslan Petrash