способ возведения сваи в грунте

Формула изобретения

1. Способ возведения сваи в грунте, преимущественно в сложных гидрогеологических условиях, заключающийся в том, что тело вращения, выполненное полым в виде трубы или монолитным с разрыхляющим наконечником в нижней части и винтовой навивкой на внешней поверхности, погружают в грунт до проектной отметки, а затем обратным вращением вывинчивают указанную трубу на дневную поверхность с одновременной подачей в полость скважины твердеющего материала, отличающийся тем, что для уплотнения стенки скважины за счет смещения выбираемого грунта в сторону стенки скважины погружение в грунт осуществляют за счет одновременного вращения и вдавливания в грунт под внешним усилием или под собственным весом тела вращения с винтовой навивкой, у которой ее сечение по длине трубы выполнено постоянным и равным 0,02-0,1 диаметра трубы по внешней ее поверхности, затем в устье образованной скважины с вставленным телом вращения между витками винтовой навивки подают закрепный и/или противофильтрационный материал и производят вывинчивание тела вращения за счет его обратного вращения для уплотнения грунтовой стенки скважины в зоне пяты скважины и боковой стенки скважины указанными трамбуемыми закрепным и/или противофильтрационным материалом с одновременным заполнением полости скважины указанным материалом, подаваемым во время вывинчивания по внешней поверхности тела вращения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вывинчивание тела вращения производят под собственным весом этой трубы или под дополнительным осевым усилием.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству, в частности к свайным фундаментам.

Известен способ возведения сваи в грунте, заключающийся в том, что стержнеобразное тело вращения, выполненное полым или монолитным из металла или железобетона с разрыхляющим наконечником в нижней части и винтовой навивкой на внешней поверхности, погружают в грунт до проектной отметки, а затем для образования скважины в грунте обратным вращением вывинчивают указанное тело на дневную поверхность и полость скважины заполняют твердеющим раствором, при этом у обсадной трубы 3-5 нижних винтовых выступов выполнены в 1,5-2,0 раза больше, чем последующие верхние, а каждый винтовой выступ располагают относительно вертикали под углом а, тангенс которого равен 0,50-0,66 (RU, патент 2073084, E 02 D 5/38, 5/56, опубл. 10.02.1997).

Недостатком данного способа возведения скважины под сваю является то, что процесс уплотнения грунта стенки скважины при погружении обсадной трубы производится только на участке нижних винтовых витков. Так как верхние винтовые витки примерно в два раза меньше по высоте, чем нижние, то уплотнение грунта в зоне стенки отверстия производится на половинную глубину выбранного грунта. Однако такой степени уплотнения недостаточно для формирования позиционно устойчивых свай в слабонесущих и обводненных грунтах.

Известен способ возведения сваи в грунте, заключающийся в том, что обсадную трубу, выполненную полой из металла с разрыхляющим наконечником в нижней части и винтовой навивкой на внешней поверхности, погружают в грунт до проектной отметки, а затем обратным вращением вывинчивают указанную трубу на дневную поверхность с одновременной подачей в полость скважины твердеющей бетонной смеси (ЕР, патент 0228138, E 02 D 5/56, опубл. 08.07.1987).

Данное известное решение принято в качестве прототипа.

Недостатком данного способа является то, что полость грунтового отверстия заполняется бетоном непосредственно по мере вывинчивания обсадной трубы без проведения операций по укреплению стенок скважины. Несмотря на то, что при ввинчивании трубы в грунт стенки грунтового отверстия уплотняются, их несущая способность, особенно в слабонесущих грунтах или грунтах обводненных, недостаточна для обеспечения позиционной устойчивости бетонного столба. Возможна деформация бетонного столба в продольном направлении за счет сдвиговых смещений пластов слабонесущего грунта, что негативно сказывается на несущей способности самой сваи.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по обеспечению повышенной плотности утрамбованного грунта в зоне стенок грунтового отверстия в скважине под сваю по всей длине стенки и позиционной устойчивости сваи в данном грунтовом отверстии.

Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении несущей способности сваи за счет обеспечения ее позиционной устойчивости в грунте, обеспеченной повышенными жесткостными свойствами стенки скважины, возможности организации свайного фундамента в стесненных городских условиях в слабонесущих и обводненных грунтах.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе возведения сваи в грунте, преимущественно в сложных гидрогеологических условиях, заключающемся в том, что тело вращения, выполненное полым в виде трубы или монолитным с разрыхляющим наконечником в нижней части и винтовой навивкой на внешней поверхности, погружают в грунт до проектной отметки, а затем обратным вращением вывинчивают указанную трубу на дневную поверхность с одновременной подачей в полость скважины твердеющего материала, согласно изобретению, для уплотнения стенки скважины за счет смещения выбираемого грунта в сторону стенки скважины погружение в грунт осуществляют за счет одновременного вращения и вдавливания в грунт под внешним усилием или под собственным весом тела вращения с винтовой навивкой, у которой ее сечение по длине трубы выполнено постоянным и равным 0,02-0,1 диаметра трубы по внешней ее поверхности, затем в устье образованной скважины с вставленным телом вращения между витками винтовой навивки подают закрепный и/или противофильтрационный материал и производят вывинчивание трубы за счет его обратного вращения для уплотнения грунтовой стенки скважины в зоне пяты скважины и боковой стенки скважины указанными трамбуемыми закрепным и/или противофильтрационным материалом с одновременным заполнением полости скважины указанным материалом, подаваемым во время вывинчивания по внешней поверхности тела вращения.

Кроме того, вывинчивание тела вращения могут производить под собственным весом этой трубы или под дополнительным осевым усилием.

Указанные признаки взаимосвязаны и являются существенными с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Согласно изобретения способ возведения сваи в грунте, преимущественно в сложных гидрогеологических условиях, заключается в том, что стержнеобразное тело вращения, выполненное полым в виде трубы или монолитным из металла или железобетона, например, в виде обсадной трубы с разрыхляющим наконечником в нижней части и винтовой навивкой, у которой ее сечение по длине трубы выполнено постоянным и равным 0,02-0,1 диаметра трубы по внешней ее поверхности, погружают в грунт до проектной отметки, а затем для образования скважины в грунте обратным вращением вывинчивают указанное тело на дневную поверхность.

Погружение стержнеобразного тела в грунт осуществляют за счет одновременного вращения его и вдавливания в грунт под внешним усилием или под собственным весом, затем в устье образованной скважины с вставленным стержнеобразным телом между витками винтовой навивки подают закрепный и/или противофильтрационный материал и производят вывинчивание стержнеобразного тела за счет его обратного вращения. При вывинчивании производится уплотнение грунтовой стенки скважины в зоне пяты скважины и боковой стенки скважины указанными трамбуемыми закрепным и/или противофильтрационным материалами.

Вывинчивание стержнеобразного тела можно производить под собственным весом этого тела или под дополнительным осевым усилием. При этом можно чередовать подачу закрепного и противофильтрационного материала и грунта.

Комбинируя очередность подачи закрепного либо/и противофильтрационного состава и материала, обладающего высоким коэффициентом фильтрации, можно создавать противофильтрационные завесы, имеющие различные геометрические характеристики в профиле, что весьма важно в условиях плотной городской застройки.

При вывинчивании стержнеобразного тела осуществляют подачу закрепного и/или противофильтрационного материала через отверстия между витками винтовой навивки.

Особенностью погружения сваи как технологического процесса является то, что обсадную трубу погружают в грунт за счет одновременного вращения и вдавливания ее в грунт под внешним усилием или за счет вращения с погружением под собственным весом. Такие особенности погружения обеспечивают повышенную плотность трамбуемого грунта, что особенно важно при возведении скважины в слабых грунтах и вблизи уже существующих фундаментов. В результате использования данного способа при погружении трубы с винтовой навивкой на внешней поверхности образуется грунтовая скважина с уплотненной грунтовой стенкой.

Предложенный способ образования грунтовой скважины для сваи позволяет уплотнить грунт в зоне стенок скважины на 75-80% от объема самой трубы, что существенно увеличивает устойчивость от горизонтальных статических и динамических воздействий на ограждающую конструкцию, отсекая эти воздействия от фундаментов рядом расположенных зданий. При завинчивании трубы отсутствуют удары и вибрация, не происходит нарушения и ослабления окружающего трубу грунта, особенно песчаного и обводненного. При завинчивании трубы на дневную поверхность уходит через шнек примерно 15-25% грунта. При погружении тела вращения за счет ее вращения в стенках отверстия в грунте происходит смещение грунта в сторону стенок скважины, так как на внешней поверхности сваи высота спирали винтовой навивки существенно меньше диаметра тела вращения. При таком исполнении при ввинчивании сваи выбираемый грунт практически не подается на дневную поверхность, а, уплотняясь, уходит в стенки скважины. Винтовая навивка шнека вследствие ее небольшой высоты в данном случае максимально направлена на выполнение функции направляющих для трубы и минимально на исполнение функции шнековой подачи грунта на дневную поверхность.

В результате создаваемого осевого усилия при вывинчивании трубы по поверхностям навивки закрепный либо/и противофильтрационный материал подается к пяте скважины, одновременно уплотняя боковую поверхность скважины и уплотняясь в пяте скважины. В результате уплотнения закрепного либо/и противофильтрационного материала тело вращения с навивкой поднимается вверх, продолжая постоянно подавать по навивке к стенкам и к пяте скважины закрепный либо/и противофильтрационный материал.

Вывинчивание происходит под собственным весом вертикального тела вращения с навивкой либо под дополнительным осевым усилием, чем достигается контроль плотности трамбуемого закрепного либо/и противофильтрационного материала. В результате получаем грунтовую скважину, обладающую высокими жесткостными либо/и противофильтрационными свойствами.

По сравнению с известными способами формирования в грунте полости для сваи предложенный способ за счет того, что вывинчивание обсадной трубы осуществляют обратным ее вращением под внешним осевым усилием, направленным к нижней части трубы, или обратным ее вращением с осевым усилием, направленным в сторону, противоположную нижней части трубы, обеспечивает дополнительное перемещение слоев грунта с одновременным перемешиванием с закрепным и/или противофильтрационным материалом с дополнительным уплотнением смешанных с раствором слоев грунта в стенке скважины, которые ранее располагались между витками вдавленной винтовой дорожки, сформированной при погружении трубы в грунт.

При погружении обсадной трубы за счет ее вращения в стенках отверстия в грунте происходит смещение грунта в сторону стенок скважины, так как на внешней поверхности сваи высота спирали винтовой навивки существенно меньше диаметра тела вращения. При таком исполнении при ввинчивании сваи выбираемый грунт практически не подается на дневную поверхность, а, уплотняясь, уходит в стенки скважины. Винтовая навивка шнека в данном случае максимально направлена на выполнение функции направляющих для трубы и минимально на исполнение функции шнековой подачи грунта на дневную поверхность.

Варьированием шага и угла навивки, а также сечением трубы и высотой винтового ребра (применительно к типу грунта) можно добиться высокой практически однородной по площади стенки отверстия скважины плотности утрамбованного грунта, что оказывает серьезное влияние на статическую и динамическую позиционную устойчивость грунтовых стенок скважины.

При сохранении положительного эффекта в части укрепления стенок скважины за счет перемешивания грунта с закрепным и/или противофильтрационным материалом с последующим уплотнением смешанного грунта в стенке скважины формирование сваи осуществляется за счет постоянного трамбования скважины материалом, подаваемым во время вывинчивания трубы по внешней поверхности трубы.

Настоящее изобретение промышленно применимо. Эффективность способа подтверждена проведенными строительными работами по формированию свайного фундамента и устройства ограждающих и ограждающе-несущих конструкций котлованов более чем на 10 объектах в Москве, в основном в песчаном обводненном грунте непосредственно вблизи рядом расположенных зданий.