Патент на изобретение №2303102

(54) СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ БУРОНАБИВНОЙ СВАИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области строительства, а именно к способам возведения буронабивных свай при строительстве в непосредственной близости от стоящих зданий и сооружений, и может быть использовано при формировании свайных фундаментов сооружений различного назначения, в частности в слабых грунтах. Способ возведения буронабивной сваи включает проходку скважины в грунте буровым инструментом с последующим ее бетонированием и создание грунтоцементной оболочки. Грунтоцементную оболочку создают путем одновременного бурения и цементации, которую осуществляют в направлении, перпендикулярном оси бурения. При цементации используют раздаточный элемент, имеющий сопла диаметром (2-5)·10^-3 м, при скорости цементации скважины, определяемой по приведенной зависимости. Бетонирование скважины осуществляют при возвратном движении бурового инструмента, при этом используют раздаточный элемент, имеющий сопла с диаметром (10-20)^-3 м, при скорости бетонирования, определяемой по приведенной зависимости. В качестве бурового инструмента используют буровой инструмент, оснащенный шнеком. Технический результат состоит в обеспечении возможности возведения свай при строительстве новых объектов на слабых грунтах, при сокращении времени их возведения с сохранением прочностных и несущих свойств. 1 табл.

Изобретение относится к области строительства, а именно к способам возведения буронабивных свай при строительстве в непосредственной близости от стоящих зданий и сооружений, и может быть использовано при формировании свайных фундаментов сооружений различного назначения, в частности в слабых грунтах.

Известен способ возведения буронабивной сваи, включающий инъекцию закрепляющего раствора, например, на основе цемента, в грунт вокруг продольной оси формируемой набивной сваи (патент №2150549, Е02D 5/34, 2000 г.).

При этом инъекцию осуществляют перед проходкой продольной полости, а затем в инъектируемой зоне грунта формируют набивную сваю.

Известный способ позволяет повысить эффективность проходки скважин в слабых грунтах, при этом повышается прочность сваи.

Однако процесс инъектирующего закрепления грунта недостаточно эффективен, поскольку закрепляющий раствор проникает в грунт на неконтролируемое и неравномерное расстояние от оси инъектора, при этом некоторые участки стенок скважины могут вообще остаться незакрепленными.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу является способ возведения буронабивной сваи, включающий проходку скважины в грунте буровым инструментом с последующим ее бетонированием и создание грунтоцементной оболочки (патент №RU №2204651, E02D 5/34, 2001).

При этом перед проходкой скважины в грунте создают грунтоцементную сваю, а проходку скважины буронабивной сваи ведут в теле грунтоцементной сваи при соотношении диаметров буронабивной и грунтоцементной свай 0,4-0,8, после создания грунтоцементной сваи через 2-7 суток.

Грунтоцементную сваю создают по двухкомпонентной технологии, при этом размыв грунта осуществляют струей твердеющего раствора под защитой струи воздуха в процессе подъема монитора через вращающиеся форсунки.

В известном способе обеспечивается возможность реализации технологии возведения свай при строительстве новых объектов в стесненных условиях городской застройки.

Однако при реализации известного способа сроки строительства достаточно велики за счет последовательного выполнения этапов создания грунтоцементной и буронабивной сваи с временным интервалом до 7 суток.

Новым техническим результатом от использования данного изобретения является обеспечение возможности возведения свай при строительстве новых объектов на слабых грунтах при сокращении времени их возведения с сохранением прочностных и несущих свойств.

Указанный результат достигается тем, что в способе возведения буронабивной сваи, включающем проходку скважины в грунте буровым инструментом с последующим ее бетонированием и создание грунтоцементной оболочки, согласно изобретению грунтоцементную оболочку создают путем одновременного бурения и цементации, которую осуществляют в направлении, перпендикулярном оси бурения, при этом при цементации используют раздаточный элемент, имеющий сопла диаметром (2-5)·10^-3 м при скорости цементации скважины, определяемой по формуле:

V=k·n₁·d·W,

где k – коэффициент, определяемый экспериментально;

n₁ – число сопел;

d – диаметр сопел, м;

W – частота вращения буровой колонны, с^-1,

а бетонирование скважины осуществляют при возвратном движении бурового инструмента, при этом используют раздаточный элемент, имеющий сопла с диаметром (10-20)·10^-3 м, при скорости бетонирования, определяемой по формуле:

Q_б – расход бетона, м³/сек;

Д_б – диаметр буронабивной сваи, м,

n₂ – число сопел,

причем в качестве бурового инструмента используют буровой инструмент, оснащенный шнеком.

При этом в заявленном способе используют шнек диаметром от 250 до 800 мм.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет создавать буронабивную сваю в грунтоцементной оболочке практически одновременно во времени, а затвердевание грунтоцементной и буронабивной сваи происходит совместно, что позволяет повысить качество и несущую способность возводимой буронабивной сваи.

При цементации и последующем бетонировании в области перехода от бетонного тела к грунтоцементной оболочке образуется зона взаимного проникновения жидких смесей бетона и грунтоцемента, что после затвердевания обеспечивает высокую степень связи буронабивной сваи с грунтоцементной оболочкой, повышает прочностные свойства и несущую способность буронабивной сваи.

Очень существенно, что в предлагаемом способе созданы условия для повышенного проникновения цементирующего раствора вглубь грунта относительно оси бурения. Такие условия обеспечены тем, что раздаточный элемент оснащен соплами определенного диаметра, расположенными под углом 90±5° к оси бурения.

Время проходки скважины зависит от качества исходного грунта, в котором создают буронабивную сваю с грунтоцементной оболочкой, то есть от типа породы/грунта (I – торф, лесс, слабый мел, песок и супесок без гальки и щебня; II – растительный слой, песок плотный, глина средней плотности, суглинок плотный, мергель, мел, плывун; III – слабо сцементированные песчаники, мергель, известняк-ракушечник, плотная глина, песчано-глинистые грунты с содержанием >20% мелкой гальки), а при расчете скорости цементации скважины, определяемой по формуле:

V=k·n₁·d·W,

используют коэффициент k, определяемый следующим образом: вдоль поверхности конкретного грунта двигают струеформирующие насадки со скоростью 5-20 мм/с и регистрируют ширину промытого следа, которая равна коэффициенту k.

Примеры осуществления способа приведены в таблице 1.

Таблица 1
№№ п/п	Пример 1		Пример 2
1	2		3
1) глубина бурения, м	20		15
2) глубина цементации, м	20		15
3) глубина бетонирования, м	20		20
4) диаметр цементации, м	0,6		0,8
5) диаметр бурения сваи, м	0,25		0,4
При цементации:
6) количество сопел, шт.	2		2
7) диаметр сопел, м	0,003		0,005
8) коэффициент k (грунт I категории)	6		–
9) коэффициент k (грунт III категории)	–		3
10) частота вращения бур. кол., с-1	1		1
11) скорость цементации, мм/с	36		30
При бетонировании:
12) количество сопел	2		2
13) диаметр сопел, м	0,01		0,02
14) расход бетона, м3/с	0,001538	0,001538
15) диаметр сваи, м	0,25	0,4
16) скорость бетонирования, м/с	0,01568	0,006
(расчетная)

Сопла раздаточного элемента при цементации как в примере 1, так и в примере 2 установлены под углом 90° к оси бурения.

Армирование буронабивной сваи по примеру 1 осуществляют после бетонирования путем вдавливания металлического каркаса в жидкое бетонное тело буронабивной сваи.

Армирование буронабивной сваи по примеру 2 осуществляют следующим образом, перед бетонированием в полость внутри шнекового става вставляют металлический арматурный каркас и заполняют бетоном по мере удаления шнекового става.

Возведенные буронабивные сваи по примеру 1 и 2 в грунтоцементной оболочке готовы к эксплуатации сразу после достижения бетоном регламентированной прочности, что составляет ˜ от 2 недель.

Использование предлагаемого способа возведения буронабивной сваи позволяет сократить время возведения на 7 суток за счет предложенной совокупности признаков и обеспечить высокую несущую способность буронабивной сваи.

Формула изобретения

Способ возведения буронабивной сваи, включающий проходку скважины в грунте буровым инструментом с последующим ее бетонированием и создание грунтоцементной оболочки, отличающийся тем, что грунтоцементную оболочку создают путем одновременного бурения и цементации, которую осуществляют в направлении, перпендикулярном оси бурения, при этом при цементации используют раздаточный элемент, имеющий сопла диаметром (2-5)·10^-3 м, при скорости цементации скважины, определяемой по формуле:

V=k·n₁·d·W,

где n₁ – число сопел;

d – диаметр сопел, м;

k – коэффициент, определяемый экспериментально;

W – частота вращения буровой колонны, с^-1,

а бетонирование скважины осуществляют при возвратном движении бурового инструмента, при этом используют раздаточный элемент, имеющий сопла с диаметром (10-20)^-3 м, при скорости бетонирования, определяемой по формуле

Q_б – расход бетона, м³/с;

Д_б – диаметр буронабивной сваи, м;

n₂ – число сопел,

причем в качестве бурового инструмента используют буровой инструмент, оснащенный шнеком.