Патент на изобретение №2334048

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НЕСУЩЕЙ КОМБИНИРОВАННОЙ АРМИРОВАННОЙ НАБИВНОЙ СВАИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к строительству, в частности к способам возведения несущих комбинированных по материалу свай, имеющих жесткую заделку оголовка в монолитный ростверк (фундамент), преобразующих строительные свойства слабых, водонасыщенных, органогенных, рыхлых и других грунтов. Технический результат – повышение несущей способности слабых грунтовых оснований фундаментов, обладающих специфическими: просадочными, набухающими, плывунными и другими свойствами, а также при производстве работ в зимних условиях. Способ изготовления несущей комбинированной по материалу набивной сваи, включающий образование скважины без выемки грунта, заполнение скважины послойно материалом с последующим уплотнением каждого слоя. Вначале раскатывают скважину веретенообразным раскатчиком до проектной глубины путем вытеснения грунта в околоскважинное пространство, создавая этим уплотненную зону раскатанной скважины, после чего порционно насыщают щебнем: сначала забой скважины, а затем и нижний участок раскатанной скважины, на участке, превышающем толщину слабого грунта не менее чем на 4d цилиндрической части веретенообразного раскатчика, при этом каждую порцию щебня уплотняют раскаткой при полном продольном усилии, передаваемом на веретенообразный раскатчик. Насыщение щебнем производят до наступления условного предельного равновесия, возникающего между передаваемым на веретенообразный раскатчик продольным усилием и отпором насыщенного щебнем грунта, затем бетонируют верхний участок раскатанной скважины подвижной бетонной смесью класса не ниже В 15 с последующим уплотнением и армированием, далее устанавливают кольцевую опалубку и формируют бетонированием оголовок сваи до проектной отметки, при этом расход щебня на насыщение забоя и участка ствола раскатанной скважины определяют по формуле

где – условный геометрический объем раскатанной скважины, м³; d – диаметр веретенообразного раскатчика скважин по цилиндрической части, м; l_ц – длина участка цилиндрической части раскатанной скважины, который располагается в слабом грунте, м; l_k – длина конической части веретенообразного раскатчика скважин, м; l_m=3d – длина насыщенного щебнем забоя ниже острия раскатанной скважин, м; к=e₀/e_S – коэффициент, учитывающий способность структуры слабого слоя грунта околоскважинного пространства поглощать в себя щебень; е₀ – коэффициент пористости слабого грунта до раскатки скважины; e_S – коэффициент пористости грунта в уплотненной зоне околосвайного пространства, соответствующий его плотности в сухом состоянии (_dS, т/м³), а расход бетона для заполнения ствола верхнего участка раскатанной скважины и формирования оголовка определяют по формуле

где m – коэффициент, равный 1,05, учитывающий фактический диаметр раскатанной скважины; d – диаметр цилиндрической части веретенообразного раскатчика скважины, м; l_б – длина бетонного цилиндрического участка раскатанной скважины, м; h – высота оголовка сваи, м. 3 ил.

Изобретение относится к строительству в частности к способам возведения несущих комбинированных (по материалу) свай, имеющих жесткую заделку оголовка в монолитный ростверк (фундамент), преобразующих строительные свойства слабых, водонасыщенных, органогенных, рыхлых и других грунтов.

Известен способ изготовления буроинъекционной сваи в сезоннопромерзающем грунте (1) включающий образование скважины, заполнение скважины цементно-песчанным раствором до уровня промерзания грунта.

Известен способ устройства набивных свай (2), выбранный в качестве прототипа, включающий образование скважины без выемки грунта и заполнение скважины послойно твердеющим материалом в виде жесткой сыпучей смеси с уплотнением каждой порции.

К недостаткам известных способов можно отнести высокую трудоемкость устройства свай в зимних условиях на слабых водонасыщенных грунтах, обладающих специфическими свойствами.

Задачей изобретения является повышение несущей способности слабых грунтовых оснований фундаментов, обладающих специфическими: просадочными, набухающими, плывунными и другими свойствами, а также при производстве работ в зимних условиях.

Это достигается тем, что в способе изготовления комбинированной набивной сваи включающей образование скважины без выемки грунта, заполнение скважины послойно твердеющим материалом с последующим уплотнением каждого слоя, согласно изобретению, вначале раскатывают скважину веретенообразным раскатчиком до проектной глубины, путем вытеснения грунта в около скважинное пространство, создавая этим уплотненную зону раскатанной скважины, после чего порционно насыщают щебнем: сначала забой скважины, а затем и нижнюю часть раскатанной скважины, на участке превышающем толщину слабого грунта не менее чем на 4d, при этом каждую порцию щебня уплотняют раскаткой при полном продольном усилии, передаваемом на веретенообразный раскатчик, кроме того, насыщение щебнем производят до наступления условного предельного равновесия, возникающего между передаваемым на веретенообразный раскатчик продольным усилием и отпором насыщенного щебнем грунта, затем бетонируют верхнюю часть раскатанной скважины подвижной бетонной смесью класса не ниже В 15 с последующим уплотнением и армированием, далее устанавливают кольцевую опалубку и формируют бетонированием оголовок сваи до проектной отметки, при этом расход щебня на насыщение забоя и участка ствола раскатанной скважины, определяют по формуле:

где – условный геометрический объем раскатанной скважины, м³;

d – диаметр веретенообразного раскатчика скважин по цилиндрической части, м;

l_ц – длина участка цилиндрической части раскатанной скважины, который располагается в слое незамерзшего грунта, м;

l_k – длина конической части веретенообразного раскатчика скважин, м;

l_m=3d – длина насыщенного щебнем забоя ниже острия раскатанной скважин, м;

к=e₀/e_S – коэффициент, учитывающий способность структуры незамерзшего слоя грунта около скважинного пространства поглощать в себя щебень;

e₀ – коэффициент пористости незамерзшего слоя грунта до раскатки скважин;

e_S – коэффициент пористости грунта в уплотненной зоне около свайного пространства, соответствующий его плотности в сухом состоянии (_dS, т/м³) значение которой определяется на расстоянии r_S=1,7d м по графику (фиг.3), построенному по формуле

где r – радиус цилиндрической части веретенообразного раскатчика скважин, м;

_d – плотность слабого грунта в сухом состоянии до устройства скважины, т/м³;

а расход бетона для заполнения ствола верхнего участка раскатанной скважины и формирования оголовка определяют по формуле

где m – коэффициент, равный 1,05, учитывающий фактический диаметр раскатанной скважины;

d – диаметр цилиндрической части веретенообразного раскатчика скважины, м;

l_б – длина бетонного цилиндрического участка раскатанной скважины, м;

h – высота оголовка сваи, м.

Изготовленные предложенным способом сваи обладают следующими преимуществами:

– обладают меньшей трудо-, энерго-, и материалоемкостью на единицу несущей способности;

– повышают несущую способность грунтовых оснований в 2,5-4 раза;

– не создают вибрационное воздействие на близко расположенные здания, сооружения и коммуникации;

– возможность их применения на сложных грунтах обладающих специфическими: просадочными, набухающими, плывунными и другими свойствами.

Предложенное техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана конструктивная схема комбинированной набивной сваи, на фиг.2 показана технологическая последовательность изготовления комбинированной набивной сваи, на фиг.3 изображен общий вид изменения плотности грунта в сухом состоянии (_dS) в околосвайном пространстве в зависимости от начальной (до раскатки скважины) плотности грунта в сухом состоянии (_d) и диаметра раскатчика d.

Способ изготовления несущей комбинированной армированной набивной сваи осуществляют следующим образом.

Вначале раскатывают скважину (1) веретенообразным раскатчиком (2) на проектную глубину без выемки грунта путем вытеснения грунта в около скважинное пространство и формируют таким образом уплотненную зону (3) раскатанной скважины (1). После этого раскатанную скважину (1) порционно насыщают щебнем (4), фракции 20-40 мм: сначала забой скважины, а затем нижний участок скважины. Причем нижний участок скважины (1), превышающем толщину слабого грунта не менее чем на 3d, (d) – диаметр цилиндрической части веретенообразного раскатчика (2). При этом каждую порцию щебня уплотняют раскаткой при полном продольном усилии, передаваемом на веретенообразный раскатчик (2). Насыщение щебнем производят до наступления условного предельного равновесия, возникающего между передаваемым на веретенообразный раскатчик продольным усилием и отпором насыщенного щебнем грунта. После этого бетонируют верхний участок скважины (1) подвижной бетонной смесью класса не ниже В 15 с последующим уплотнением методом штыкования или вибрацией. Одновременно производят армирование арматурой (5) верхнего участка раскатанной скважины (1). В качестве арматуры (5) используют арматурные стержни, каркасы или стальные профили при работе изготавливаемой сваи на изгиб. Бетонирование производят до планировочной отметки. Затем устанавливают кольцевую опалубку (6) для жесткой заделки оголовка и формируют бетонированием оголовок (7) до проектной отметки. При этом расход щебня (V) на насыщение забоя и нижнего участка ствола раскатанной скважины (1), и расход бетона (V_б) для заполнения верхнего участка раскатанной скважины (1) определяют по формулам: (а, в).

Объем порции щебня зависит от диаметра (d) раскатчика скважин, состояния раскатываемого грунта и технологических параметров раскатки: скорости вращения и величины продольного усилия. При производстве работ в зимних условиях для твердения бетонной смеси применяются противоморозные добавки или электропрогрев.

Источники информации

1. Патент России №2150550, кл. Е02D 5/46, 2000.06.10.

2. Патент России №2086733, кл. Е02D 5/34, 1997.08.10.

Формула изобретения

Способ изготовления несущей комбинированной по материалу набивной сваи, включающий образование скважины без выемки грунта, заполнение скважины послойно материалом с последующим уплотнением каждого слоя, отличающийся тем, что вначале раскатывают скважину веретенообразным раскатчиком до проектной глубины, путем вытеснения грунта в околоскважинное пространство, создавая этим уплотненную зону раскатанной скважины, после чего порционно насыщают щебнем: сначала забой скважины, а затем и нижний участок раскатанной скважины на участке, превышающем толщину слабого грунта не менее чем на 4d цилиндрической части веретенообразного раскатчика, при этом каждую порцию щебня уплотняют раскаткой при полном продольном усилии, передаваемом на веретенообразный раскатчик, а насыщение щебнем производят до наступления условного предельного равновесия, возникающего между передаваемым на веретенообразный раскатчик продольным усилием и отпором насыщенного щебнем грунта, затем бетонируют верхний участок раскатанной скважины подвижной бетонной смесью класса не ниже В 15 с последующим уплотнением и армированием, далее устанавливают кольцевую опалубку и формируют бетонированием оголовок сваи до проектной отметки, при этом расход щебня на насыщение забоя и участка ствола раскатанной скважины определяют по формуле

где – условный геометрический объем раскатанной скважины, м³;

d – диаметр веретенообразного раскатчика скважин по цилиндрической части, м;

l_ц – длина участка цилиндрической части раскатанной скважины, который располагается в слабом грунте, м;

l_к – длина конической части веретенообразного раскатчика скважин, м;

l_m=3d – длина насыщенного щебнем забоя ниже острия раскатанной скважин, м;

k=e₀/e_S – коэффициент, учитывающий способность структуры слабого слоя грунта около скважинного пространства поглощать в себя щебень;

е₀ – коэффициент пористости слабого грунта до раскатки скважины;

e_S – коэффициент пористости грунта в уплотненной зоне около свайного пространства, соответствующий его плотности в сухом состоянии (_dS, т/м³), а расход бетонной смеси для заполнения ствола верхнего участка раскатанной скважины и формирования оголовка определяют по формуле

где m – коэффициент, равный 1,05, учитывающий фактический диаметр раскатанной скважины;

d – диаметр цилиндрической части веретенообразного раскатчика скважины, м;

l_б – длина бетонного цилиндрического участка раскатанной скважины, м;

h – высота оголовка сваи, м.

РИСУНКИ