Патент на изобретение №2334049

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМБИНИРОВАННОЙ НАБИВНОЙ СВАИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к строительству, в частности к возведению свайных фундаментов и к технологиям повышения несущей способности слабых грунтовых оснований фундаментов, обладающих специфическими просадочными, набухающими, плывунными и другими свойствами. Способ изготовления комбинированной набивной сваи включает следующие технологические операции: вначале бурят лидерную скважину буровой коронкой на всю толщину слоя промерзания грунта, затем производят замену буровой коронки на веретенообразный раскатчик и раскатывают скважину в незамерзшем слое грунта до проектной глубины путем вытеснения грунта в околоскважинное пространство, создавая этим уплотненную зону в раскатанной скважине, при этом диаметр лидерной скважины равен или превышает диаметр цилиндрической части веретенообразного раскатчика на 1-2 см, а затем бурят скважину в незамерзшем грунте до проектной глубины и раскатывают ее веретенообразным раскатчиком путем вытеснения грунта в околоскважинное пространство, создавая этим уплотненную зону, после чего порционно насыщают щебнем фракции 20-40 мм из твердых горных пород: сначала забой скважины, а затем и всю раскатанную скважину до уровня промерзания грунта, 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 лидерную скважину на участке слоя промерзания грунта бетонной смесью класса не ниже В 3,5 с последующим уплотнением. Расход щебня на насыщение забоя и участка ствола раскатанной скважины определяют по формулам. Технический результат – повышение несущей способности слабых грунтовых оснований фундаментов, обладающих просадочными, набухающими, плывунными и другими свойствами. 3 ил.

Изобретение относится к строительству, в частности к возведению свайных фундаментов и к технологиям повышения несущей способности слабых грунтовых оснований фундаментов, обладающих специфическими просадочными, набухающими, плывунными и другими свойствами.

Известен способ изготовления буроинъекционной сваи в сезонно-промерзающем 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 в зимних условиях.

Это достигается тем, что в способе изготовления набивной сваи, включающей образование скважины без выемки грунта, заполнение скважины послойно твердеющим материалом с последующим уплотнением каждого слоя, согласно изобретению вначале бурят лидерную скважину специальной буровой коронкой на всю толщину слоя промерзания грунта. Затем производят замену специальной буровой коронки на веретенообразный раскатчик и раскатывают скважину в незамерзшем слое грунта до проектной глубины путем вытеснения грунта в околоскважинное пространство, создавая этим уплотненную зону. Диаметр лидерной скважины равен или превышает диаметр цилиндрической части веретенообразного раскатчика на 1-2 см. А затем порционно насыщают щебнем фракции 20-40 мм из твердых горных пород: сначала забой скважины, а затем и всю раскатанную скважину до уровня промерзания грунта, 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. После чего бетонируют лидерную скважину на участке слоя промерзания грунта бетонной смесью класса не ниже В 3,5 до планировочной отметки дна котлована с последующим уплотнением методом штыкования или вибрации. При этом расход щебня на насыщение забоя и участка ствола раскатанной скважины, расположенного в зоне талого грунта, 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_к – длина конической части веретенообразного раскатчика скважин, м;

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

k=е₀/e_s – коэффициент, учитывающий способность структуры незамерзшего слоя грунта околоскважинного пространства поглощать в себя щебень;

e₀ – коэффициент пористости незамерзшего слоя грунта до раскатки скважин;

e_s – коэффициент пористости грунта в уплотненной зоне околосвайного пространства, соответствующий его плотности в сухом состоянии (_ds, т/м³), значение которой определяется на расстоянии r_s 1,7, d 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;

_s – плотность частиц грунта, т/м³.

Диаметр (D) щебенистого участка определяется по формуле

Расход бетона для заполнения ствола лидерной скважины на участке слоя промерзания грунта определяют по формуле

где d₁ – фактический диаметр скважины на участке слоя промерзания грунта, м;

l – длина скважины на участке слоя промерзания грунта, м;

l_щ – длина щебенистого участка, 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 вибрационного воздействия на близко расположенные здания, сооружения и коммуникации;

– дают 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=2r.

Способ изготовления комбинированной набивной сваи осуществляют следующим образом.

Вначале бурят лидерную скважину (1) специальной буровой коронкой (2) на всю толщину слоя промерзания грунта без выемки грунта, фактически разрыхляя грунт. Затем производят замену специальной буровой коронки (2) на веретенообразный раскатчик (3) и раскатывают скважину (4) в незамерзшем слое грунта до требуемой (проектной) глубины. Диаметр (d₁) лидерной скважины (1) равен или превышает диаметр (d) цилиндрической части веретенообразного раскатчика (3). В раскатанной скважине (4) путем вытеснения грунта в околоскважинное пространство образуется уплотненная зона (5). А затем порционно насыщают щебнем фракции 20-40 мм из твердых горных пород: сначала забой скважины, а затем и всю раскатанную скважину (4) до уровня промерзания грунта, при этом каждую порцию щебня уплотняют раскаткой при полном продольном усилии, передаваемом на веретенообразный раскатчик (3). Насыщение щебнем производят до наступления условного предельного равновесия, возникающего между передаваемым на веретенообразный раскатчик продольным усилием и отпором насыщенного щебнем грунта. После чего бетонируют лидерную скважину (1) на участке слоя промерзания грунта бетонной смесью класса не ниже В 3,5 с последующим уплотнением методом штыкования или вибрацией. Бетонирование производят до планировочной отметки дна котлована. Участок (6) от планировочной отметки до устья лидерной скважины (1) заполняют песком средней крупности для исключения жесткого контакта бетонной части сваи с возводимым в дальнейшем основанием. При этом расход щебня (V) на насыщение забоя и участка ствола раскатанной скважины (4), расположенного в зоне незамерзшего грунта, диаметр (D) щебенистого участка и расход бетона (V) для заполнения ствола лидерной скважины (1) определяют по формулам (а)-(г).

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 комбинированной набивной сваи, включающий образование скважины без выемки грунта, заполнение скважины послойно материалом с последующим уплотнением каждого слоя, отличающийся тем, что вначале бурят лидерную скважину буровой коронкой на всю толщину слоя промерзания грунта, затем производят замену буровой коронки на веретенообразный раскатчик и раскатывают скважину в незамерзшем слое грунта до проектной глубины путем вытеснения грунта в около скважинное пространство, создавая этим уплотненную зону в раскатанной скважине, при этом диаметр лидерной скважины равен или превышает диаметр цилиндрической части веретенообразного раскатчика на 1-2 см, после чего порционно насыщают щебнем: сначала забой скважины, а затем и всю раскатанную скважину до уровня промерзания грунта, 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 лидерную скважину на участке слоя промерзания грунта до планировочной отметки дна котлована бетонной смесью класса не ниже В 3,5 с последующим уплотнением, 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 незамерзшем грунте, м;

l_к – длина конической части веретенообразного раскатчика скважин, м;

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

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

е₀ – коэффициент пористости незамерзшего фунта до раскатки скважин;

е_s – коэффициент пористости грунта в уплотненной зоне около свайного пространства, соответствующий его плотности в сухом состоянии (_ds, т/м³);

диаметр щебенистого участка определяют по формуле

а расход бетонной смеси для заполнения ствола лидерной скважины на участке слоя промерзания грунта определяют по формуле

где d₁ – фактический диаметр лидерной скважины на участке слоя промерзания грунта, м;

l – длина скважины на участке слоя промерзания грунта, м;

l_щ – длина щебенистого участка, м.

РИСУНКИ