способ изготовления цементогрунтовой сваи в просадочных грунтах

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЦЕМЕНТОГРУНТОВОЙ СВАИ В ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТАХ, включающий погружение в грунт буросмесителя, перевод грунта в текучее состояние, извлечение буросмесителя с одновременной подачей цементного раствора и перемешиванием его с грунтом для образования ствола, отличающийся тем, что перевод грунта в текучее состояние осуществляют подачей глинистого раствора к породоразрушающему инструменту в пределах всего просадочного слоя грунта, после чего заглубляют буросмеситель в непросадочный слой с одновременным образованием уширения размывом грунта этого слоя глинистым раствором, подаваемым через сопла буросмесителя, а цемент перед приготовлением цементного раствора подвергают мокрому домолу.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при содержании глинистых частиц в непросадочном слое более 30% цемент перед приготовлением цементного раствора подвергают мокрому домолу с песком или иным инертным заполнителем.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для возведения по струйной технологии свайных фундаментов, опор и других подземных несущих и ограждающих конструкций как для нового строительства, так и при реконструкции существующих фундаментов в сложных условиях просадочных грунтов.

Известен способ возведения буронабивной сваи (а.с. N 663778, кл. Е 02 D 5/38), применяемый при строительстве зданий и промышленных сооружений на просадочных грунтах. В пробуренную скважину устанавливают гибкую защитную оболочку, представляющую собой полотно прямоугольной формы, большая сторона которого равна расстоянию от нейтральной точки до поверхности земли плюс 0,5 м, меньшая сторона равна 1,2 nD, где D диаметр сваи. Перед погружением в скважину оболочку скручивают в цилиндр, диаметр которого меньше диаметра сваи. Затем закрепляют свернутое в цилиндр полотно. Далее погружают оболочку в скважину до нейтральной точки. Погружение оболочки ведут с помощью крана. Затем начинают обычный процесс устройства буронабивной сваи.

Недостатком указанного способа является большое количество подготовительных операций, предшествующих основному процессу устройства сваи, кроме того, погружение оболочки под собственным весом в скважину небольшого (132 150 мм) диаметра до нейтральной точки представляется крайне сложным, а также использование крана для погружения оболочки приведет к удорожанию стоимости возведения каждой сваи.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления цементогрунтовых свай [1] Способ заключается в формировании ствола цементогрунтовой сваи путем погружения буросмесителя в грунт, введения вяжущего раствора, перемешивание его с грунтом и извлечение буросмесителя, при погружении буросмесителя в грунт подают воду, для перевода грунта в текучее состояние (ожижение грунта), а введение вяжущего раствора осуществляют при извлечении буросмесителя.

Недостатком данного способа является низкая эффективность из-за того, что избыточная влага (при ожижении) из образованной грунтовой массы может переноситься в окружающий грунт и приводить к его просадкам. Кроме того, данный способ, во избежание снижения несущей способности, потребует прорезки всего просадочного слоя и на значительную глубину погружение в прочные непросадочные породы, так как диаметр сваи в просадочных и непросадочных грунтах одинаков.

Целью изобретения является повышение несущей способности и обеспечение надежности за счет снижения влияния отрицательного трения в просадочных грунтах по боковой поверхности сваи и уширения пяты, улучшение качества материала возводимой сваи за счет применения цемента с высокой удельной поверхностью, экономии вяжущего (цемента) при одновременном снижении трудоемкости и продолжительности производства работ в просадочных грунтах.

Сущность изобретения заключается в том, что формирование ствола сваи осуществляют путем погружения буросмесителя в грунт до расчетной глубины и перевода грунта в текучее состояние, подают глинистый раствор с низким водоотделением в пределах всего просадочного слоя к породоразрушающему инструменту, извлечение буросмесителя осуществляют с одновременной подачей цементного раствора и перемешивание его с грунтом для образования ствола, причем заглубляют буросмеситель в непросадочный слой с одновременным образованием уширения размывом грунта этого слоя глинистым раствором, подаваемым через сопла буросмесителя. Размыв грунта непросадочного слоя до заданного диаметра осуществляется цементным раствором через сопла буросмесителя при его извлечении.

Цемент перед приготовлением цементного раствора и подачей к соплам буросмесителя при его извлечении подвергают мокрому домолу.

При необходимости (количество глинистых частиц в грунте более 30%) для повышения прочности или экономии вяжущего в домалываемый цемент добавляется песок или иной инертный заполнитель.

Таким образом, в просадочных грунтах верхняя часть сваи формируется диаметром, равным диаметру буросмесителя (монитора), с небольшой боковой поверхностью, в результате чего негативное отрицательное трение при просадке скажется на несущей способности сваи незначительно. В непросадочной толще грунта ствол и пята сваи изготавливаются диаметром, значительно большим диаметра верхней части сваи, а значит, с большей боковой поверхностью и площадью пяты сваи.

Отличительными признаками предлагаемого способа являются подача глинистого раствора с низким водоотделением при бурении лидерной скважины к породоразрушающему инструменту, установленному на буросмесителе (струйном мониторе); формирование в непросадочной толще грунта ствола и острия сваи диаметром, значительно превышающим диаметр лидерной скважины, проходящей через просадочные грунты; размыв непросадочного грунта в нижней части ствола сваи осуществляют цементным раствором при извлечении буросмесителя для повышения прочности цементогрунтового материала сваи и контакта свая грунт. Цемент проходит дополнительную активацию (мокрый домол на площадке) до перемешивания его с водой.

Кроме того, при размыве непросадочных грунтов в нижней части скважины с содержанием глинистых частиц (менее 0,005 мм) (более 30%) для экономии вяжущего цемент может быть домолот вместе с песком или иным инертным заполнителем.

На фиг. 1-4 показана технологическая последовательность изготовления цементогрунтовой сваи в просадочных грунтах; на фиг. 5 технологическая цепь оборудования, необходимого для осуществления данного способа.

Предлагаемый способ изготовления цементогрунтовой сваи в просадочных грунтах заключается в том, что на начальном этапе (фиг. 1) лидерную скважину под сваю устраивают бурением породоразрушающим инструментом, установленным на буросмесителе. Толщу просадочных грунтов 1 проходят с промывкой глинистым раствором с низким водоотделением с плотностью 1,05-1,6 г/см³. Бурение осуществляют до расчетной отметки ниже просадочной толщи. Бурение непросадочных грунтов (фиг. 2) осуществляют одновременно с размывом глинистым раствором, подаваемым через сопла струйного монитора (буросмесителя) 3, т.е. размыв ведут сверху вниз (фиг. 2). При этом на строительной площадке 2, оборудованной буровым станком 4, насосом 5, компрессором 6, емкостями для хранения цемента и глины 7, воды 8, растворосмесителем 9, мельницей 10, ЭВМ 11, до начала бурения скважины приготовляют цементный или цементопесчаный раствор. Мельница 10 позволяет осуществлять измельчение увлажненного цемента (и цемента с песком) до необходимой удельной поверхности.

При извлечении буросмесителя к соплам 3 подают цементовоздушную смесь, необходимую для формирования уширенной пяты и ствола сваи (фиг. 3). Размыв осуществляют снизу вверх на необходимую глубину в непросадочных грунтах. Параметры подаваемых компонентов контролируют датчиками 12-14, установленными на трубопроводы и на буровом станке 4, насосе 5, компрессоре 6, присоединенными к ЭВМ. Требуемую удельную поверхность цемента, вязкость раствора определяют предварительно в лабораторных условиях. При этом буросмеситель (монитор) 3 находится на расчетной глубине. Через сопла буросмесителя раствор с расчетными давлением и расходом размывает грунт. Буросмеситель поднимают с расчетной скоростью в непросадочных грунтах. В просадочных грунтах 1 размыв не осуществляют, и диаметр сваи остается равным диаметру лидерной скважины. После этого буросмеситель 3 из скважины поднимают, монтируют армокаркас 15 и осуществляют опрессовку сваи (фиг. 4).

Кроме того, в технологическую цепь оборудования устанавливают датчики, присоединенные к ЭВМ 11, и это позволяет регистрировать, накапливать и обрабатывать данные, снимаемые с датчиков, и корректировать рабочие параметры оборудования. С датчика, установленного на буровом станке, снимают следующие показания: N осевая нагрузка, М суммарный крутящий момент, необходимый на разрушение грунта и трение о забой на каждой глубине, t время с датчиков, установленных на насосах: P давление, Q расходы.