способ возведения буронабивной винтовой сваи в грунте

Формула изобретения

1. Способ возведения буронабивной винтовой сваи в грунте, включающий образование пилотной скважины в грунте путем бурения и выдачи разрушенного грунта на поверхность посредством полого шнекового бурового снаряда с породоразрушающим инструментом, извлечение его из скважины, размещение в скважине металлического каркаса, заполнение скважины бетоном, отличающийся тем, что в стенках пилотной скважины выполняют с возможностью изменения шага спирали винтовую щель, а подачу бетонной смеси осуществляют через внутренний канал шнекового бурового снаряда для заполнения образовавшейся в пилотной скважине полости и винтовой щели по мере поднятия бурового снаряда, а размещение в скважине металлического каркаса осуществляют после полного выхода бурового снаряда из скважины и заполнения ее бетонной смесью.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что шнековый буровой снаряд снабжают устройством с выдвижным ножом и путем одновременного вращательного и поступательного вверх движений бурового снаряда, с внедренным в стенку скважины выдвижным ножом, образуют винтовую щель.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в устойчивых и средней устойчивости грунтах образуют винтовую щель с равным шагом спирали по всей длине пилотной скважины без дополнительного уплотнения грунта стенок и подошвы винтовой щели.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в слабоустойчивых грунтах образуют винтовую щель с равным шагом спирали по всей длине пилотной скважины с дополнительным уплотнением грунта стенок и подошвы винтовой щели.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в грунтах с перемежающейся степенью устойчивости по длине скважины обеспечивает возможность образования винтовой щели с переменным шагом спирали в зависимости от степени устойчивости грунтовых прослоек.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области промышленного и гражданского строительства и может быть использовано как при возведении новых, так и при усилении фундаментов ранее возведенных зданий и сооружений, а также при сооружении опор, воспринимающих знакопеременные нагрузки.

Известна винтовая свая, состоящая из ствола с винтовой нарезкой по всей его длине, с коническим сбегом у острия, снабженная расположенной и закрепленной на поверхности грунта гайкой, через которую пропущен ствол сваи, при этом угол подъема витков нарезки ствола и гайки arctg f, где f - коэффициент трения материала гайки и сваи (SU, №727750, опубл. 15.04.1980).

Недостатком данной сваи является необходимость использования для ее закручивания в грунт оборудования большой мощности, т.к. при завинчивании необходимо преодолевать не только силу трения со стороны грунта о поверхность сваи, но и аналогичную силу со стороны гайки, которую к тому же необходимо как-то закреплять на поверхности грунта, на что требуются дополнительные затраты времени и средств.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является способ возведения буронабивной сваи, включающий образование пилотной скважины в грунте путем бурения и выдачи разрушенного грунта на поверхность посредством полого шнекового бурового снаряда с породоразрушающим инструментом, извлечение его из скважины, размещение металлического каркаса и заполнение скважины бетоном (RU №2208088, кл. Е02D 5/56, опублик. 10.07.2003).

Данный способ возведения буронабивной сваи имеет ряд существенных недостатков. Завинчивание под давлением обсадной трубы с винтовой навивкой из арматуры круглого сечения по всей длине трубы (шнековая спираль) и с коническим разрыхлителем в грунты, даже со средней несущей способностью, требует применения тяжелых буровых установок большой мощности со значительным крутящим моментом, что не всегда возможно вблизи существующих фундаментов из-за их больших габаритов. Тот факт, что обсадная труба, заполненная бетонной смесью, остается в грунте в качестве сваи, слишком удорожает строительство фундамента. В случае вывинчивания обсадной трубы с винтовой навивкой по всей длине трубы требуется создание на вращателе буровой установки определенной скорости вращения и подачи вверх исходя из шага шнековой спирали, что практически невозможно сделать без нарушения стенок винтовой скважины. Наличие на обсадной трубе шнековой спирали с различным шагом вообще исключает образование винтовой нарезки в стенках скважины при вывинчивании обсадной трубы.

Техническим результатом, ожидаемым от использования данного изобретения, является повышение несущей способности буронабивной винтовой сваи и расширение области применения путем обеспечения использования при строительстве фундаментов в любых грунтовых условиях.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе возведения буронабивной винтовой сваи, включающем образование пилотной скважины в грунте путем бурения и выдачи разрушенного грунта на поверхность посредством полого шнекового бурового снаряда с породоразрушающим инструментом, извлечение его из скважины, размещение в скважине металлического каркаса и заполнение ее бетоном в стенках пилотной скважины выполняют винтовую щель, а подачу бетонной смеси осуществляют через внутренний канал шнекового бурового снаряда для заполнения образовавшейся в пилотной скважине полости и винтовой щели по мере поднятия бурового снаряда, а размещение в скважине металлического каркаса осуществляют после полного выхода бурового снаряда из скважины и заполнения ее бетонной смесью.

Указанный технический результат достигается и тем, что шнековый буровой снаряд снабжают устройством с выдвижным ножом и путем одновременного вращательного и поступательного вверх движений бурового снаряда с внедренным в стенку скважины выдвижным ножом образуют винтовую щель.

И тем, что в устойчивых и средней устойчивости грунтах образуют винтовую щели с равным шагом спирали по всей длине пилотной скважины без дополнительного уплотнения грунта стенок и подошвы винтовой щели.

А также тем, что в слабоустойчивых грунтах образуют винтовую щель с равным шагом спирали по всей длине пилотной скважины с дополнительным уплотнением грунта стенок и подошвы винтовой щели.

И тем, что в грунтах с перемежающейся степенью устойчивости по длине скважины обеспечивают возможность образования винтовой щели с переменным шагом спирали в зависимости от степени устойчивости грунтовых прослоек.

Указанные признаки являются существенными и достаточными для получения требуемого технического результата.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображена пустотелая шнековая бурильная колонна с породоразрушающим инструментом и устройством с выдвижным ножом для образования винтовой щели, находящимися ниже проектной глубины пилотной скважины, на фиг.2 - та же бурильная колонна с выдвинутым ножом в процессе образования винтовой щели в стенках пилотной скважины, на фиг.3 - готовая винтовая свая.

Способ осуществляется следующим образом.

На поверхности грунта собирают буровой снаряд, состоящий из полой шнековой колонны 1, верхний конец которой выполнен с элементом связи 2 с вращателем буровой установки (на фиг.1 не показан), обеспечивающий передачу крутящего момента и осевого усилия на породоразрушающий инструмент 3 и устройство 4 с выдвижным ножом 6 для образования винтовой щели 7 в стенках пилотной скважины 5. Данным буровым снарядом проходят пилотную скважину 5 ниже проектной глубины будущей винтовой сваи на величину, равную высоте породоразрушающего инструмента 3 и устройства 4.

Затем под давлением подают бетонную смесь 8 (см. фиг.2) по внутреннему каналу полой шнековой колонны 1 к забою пилотной скважины 5. Под действием давления бетонной смеси в устройстве 4 срабатывает механизм выдвижения (не показан) винтообразующего выдвижного ножа 6, который внедряется в стенку пилотной скважины 5. После этого, не прекращая подачи бетонной смеси 8, начинают вращать полую шнековую колонну 1 с одновременной подачей ее вверх с определенной равномерной скоростью вращения и подачей бурового снаряда. Внедрившийся в грунт выдвижной нож 6 под действием крутящего момента и тангенциального усилия разрушает его, образовывая винтовую щель 7 в стенках пилотной скважины 5. Ширина образованной винтовой щели 7 равна ширине выдвижного ножа 6, а глубина равна величине выхода выдвижного ножа 6 за пределы диаметра пилотной скважины. Шаг спирали винтовой щели заранее задан и зависит от степени устойчивости грунта. Затем в образовавшуюся полость и винтовую щель продолжают нагнетать бетонную смесь до полного заполнения.

При возведении сваи в перемежающихся по устойчивости грунтах переменный шаг спирали винтовой щели 7 обеспечивают изменением скорости вращения и подачи вверх бурового шнекового снаряда.

После полного вывода из пилотной скважины 5 полого шнекового бурового снаряда и заполнения пилотной скважины 5, имеющей уже вид винтовой скважины, бетонной смесью 8 (см. фиг.3) до ее затвердения в ствол скважины опускают металлический каркас 9. После полного затвердения бетонной смеси буронабивная винтовая свая готова к эксплуатации.

Таким образом, способ возведения буронабивной винтовой сваи по изобретению обладает следующими преимуществами по сравнению с известными.

1. Отпадает необходимость использования тяжелого и энергоемкого бурового оборудования, имеющего, как правило, большие габариты, что зачастую оказывается неприемлемым в стесненных условиях существующих строений.

2. Исключается необходимость обеспечения синхронности вращения и подачи вверх при вывинчивании шнековой колонны исходя из шага спирали.

3. Обеспечивается возможность возведения буронабивных винтовых свай в непосредственной близости от фундаментов реконструируемых зданий и сооружений без воздействия на грунт ударов и вибрации, нарушающих и ослабляющих окружающий сваю грунт.

4. Обеспечивается возможность возведения винтовых свай с различным, равным по всей длине сваи шагом винтовой спирали в зависимости от степени устойчивости грунта, а в грунтах с перемежающейся степенью устойчивости возведение свай с изменяющимся по длине сваи шагом винтовой спирали.

5. Обеспечивается высокая производительность возведения буронабивных винтовых свай в широком диапазоне степени устойчивости грунтов.