способ создания уширений сваи

Формула изобретения

1. Способ создания уширений сваи путем разработки скважины для ствола сваи, выработки грунта в зонах расположения уширений с формированием в стенке скважины углублений, форма которых соответствует форме уширений, и последующего бетонирования скважины и созданных уширений, отличающийся тем, что дополнительно проводят упрочнение поверхностей каждого углубления в процессе его создания посредством первоначального заглубления в грунт по периметру скважины опорных элементов, располагая их в плоскости, соответствующей верхней поверхности уширения, на расстоянии, препятствующем обрушению грунта в пространство между смежными опорными элементами, и последующего после выработки грунта размещения между нижней поверхностью углубления и опорными элементами распорок с прокладками на их основаниях.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед заглублением в грунт опорных элементов в скважину опускают многоярусную опалубку, каждый ярус которой состоит из щитов с дверцами и пазами.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что к щитам под пазами крепят направляющие для опорных элементов.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что опорные элементы выполняют телескопическими.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что каждый опорный элемент выполняют в виде пластины с направляющими.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что опорные элементы выполняют с заостренными окончаниями, заглубляемыми в грунт.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что зоны расположения углублений определяют на основе послойного измерения характеристик слоев грунта и последующих расчетов зон с учетом полученных результатов измерений.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при создании уширений сваи, распределенных вдоль ствола сваи, преимущественно при изготовлении свай, возводимых в слабых грунтах, и имеющих большие диаметры уширений, например, с диаметром, составляющим несколько метров.

Известен способ создания уширений сваи, используемый при эксплуатации устройства для создания уширений скважины, путем бурения скважины, опускания в скважину трубчатого наконечника с отверстиями в его стенках, закачивания в отверстия промывочной жидкости и размыва грунта между плоскостями, образованными струями, выходящими из отверстии наконечника при его вращении, с последующим нагнетанием в скважину и уширение бетонного раствора (см. авт. св. СССР №1758163, кл. Е 02 D 5/30, 1992). В известном способе после формирования уширения, извлекают трубчатый наконечник и нагнетают бетонирующий раствор. Опускают в скважину ствол, и после уплотнения бетона происходит соединение уширений со стенками ствола скважины и бетона со стенками скважины. Недостатком известного способа является низкое качество создаваемых уширений сваи вследствие частичного разрушения материала углублений, поскольку отсутствуют какие-либо ограждающие элементы стенок создаваемых уширений и грунт, окружающий уширение, проникает внутрь углубления, образуя впадины, которые при эксплуатации сваи, создают трещины в уширениях, что приводит к снижению их эксплуатационной надежности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному является способ созданий уширений сваи путем разработки скважины для столба сваи, выработки грунта в зонах расположения уширений с формированием в стенке скважины углублений, форма которых соответствует форме уширений, и последующего бетонирования скважины и созданных уширений (см. Международная заявка WO №02/48466, кл. E 02 D 5/44, oп. 2002). В известном способе после разработки скважины в нее опускают механический расширитель, звенья которого соединены шарнирно между собой и снабжены ножами для разработки грунта. После вращения механического расширителя вокруг оси скважины образуется углубление, имеющее в поперечном сечении плоскостью, проходящей через ось сваи, форму равностороннего треугольника.

Недостатком известного способа является низкое качество создаваемых уширений скважины, особенно уширений свай, возводимых в слабых, например песчаных, грунтах. Обрушение стенок уширения при разработке и выемке грунта из уширения приводит к образованию трещин в обьеме уширения после его бетонирования и соответствующему снижению эксплуатационной надежности. Кроме того, при создании уширений известным способом отсутствует возможность оперативного изменения формы и диаметра уширения в зависимости от свойств грунта, в котором располагается создаваемое уширение.

Задачами изобретения является повышение качества создаваемых уширений сваи в грунте при одновременном увеличении эксплуатационной надежности этих уширений.

Решение указанных задач обеспечивается новым способом создания уширений сваи, в соответствии с которым разрабатывают скважину для ствола сваи, вырабатывают грунт в зонах расположения уширений с формированием в стенке скважины углублений, форма которых соответствует форме уширений, и последующего бетонирования скважины и созданных уширений, при этом дополнительно проводят упрочнение поверхностей каждого углубления в процессе его создания посредством первоначального заглубления в грунт по периметру скважины опорных элементов, располагая их в плоскости, соответствующей верхней поверхности уширения, на расстоянии, препятствующем обрушению грунта в пространство между смежными опорными элементами, и последующего размещения после выработки грунта между нижней поверхностью углубления и опорными элементами распорок с прокладками на их основаниях. При этом предпочтительно перед заглублением в грунт опорных элементов в скважину опускать многоярусную опалубку, каждый ярус которой состоит из щитов с дверцами и пазами; к щитам под пазами крепить направляющие для опорных элементов; опорные элементы выполнять телескопическими; каждый опорный элемент выполнять в виде пластины с направляющими; опорные элементы выполнять с заостренными окончаниями, заглубляемыми в грунт; зоны расположения углублений определять на основе послойного измерения характеристик слоев грунта и последующих расчетов с учетом полученных результатов измерений. В заявленном способе удается значительно повысить качество создаваемых уширений сваи за счет упрочнения их стенок. В соответствии с заявленным способом после разработки скважины для столба сваи в зоне расположения какого-либо уширения в грунт вдавливают опорные элементы, например, имеющие форму трубок или пластин с заостренными окончаниями. Опорные элементы располагают по периметру скважины веерообразно или параллельно друг другу и размещают их в плоскости, соответствующей верхней поверхности уширения. Тем самым формируется свод уширения, препятствующий проникновению грунта, расположенного над опорными элементами, в уширение. При этом расстояние между смежными опорными элементами выбирают из условия препятствия обрушения грунта в пространство между опорными элементами. Это расстояние выбирают либо экспериментально, либо путем соответствующих расчетов с учетом характеристик грунта, в котором располагаются опорные элементы. Обычно это расстояние составляет 5-50 мм. Погружение опорных элементов в грунт осуществляют на глубину, соответствующую вылету уширения, и может составлять несколько метров. После выработки грунта в какой-либо зоне уширения между опорными элементами и нижней поверхностью разработанного углубления размещают распорку. При этом на каждом окончании распорки располагают прокладку, поверхность каждой из которых значительно превышает площадь поперечного сечения распорки. Например, прокладка может быть выполнена в форме прямоугольника размером 100120 мм, изготовленного из доски толщиной 30 мм. Распорки предпочтительно располагать равномерно по верхней поверхности уширения при расстоянии между смежными распорками в пределах 400-500 мм. Это позволяет распределить нагрузку, приходящуюся на распорку, на большую поверхность. Прокладки выполняют из жесткого материала, например, в виде листов из нержавеющей стали толщиной 2-3 мм или из отрезков доски толщиной 20-40 мм. На верхние прокладки обычно опирается несколько опорных элементов, а нижняя прокладка препятствует проникновению распорки в грунт. Для более надежной опоры распорок на нижнюю поверхность уширения на ней предпочтительно размещать армирующие элементы, выполненные, например, в виде стержней диаметром 15-25 мм, изготовленных из стали марки А500С. Для более надежной фиксации распорки относительно прокладки в центральной зоне последней может быть выполнено углубление, диаметр которого незначительно превышает диаметр распорки. Совокупность распорок с опорными элементами препятствует проникновению грунта в полость углубления, что повышает эксплуатационную надежность создаваемых уширений сваи. Кроме того, опорные элементы и распорки, после того как углубления заполняют раствором бетона и он затвердевает, выполняют функции армирующих элементов в уширениях и тем самым дополнительно увеличивают эксплуатационную надежность создаваемых уширений сваи. Предпочтительно перед заглублением в грунт опорных элементов опускать в скважину столба сваи многоярусную опалубку, каждый ярус которой состоит из щитов с дверцами и пазами. Дверцы в щитах используют для извлечения грунта, вырабатываемого из углубления, а пазы при достаточной толщине щита могут выполнять функции направляющих для опорных элементов. При этом щиты препятствуют обрушению стенки скважины. Выполнение опорных элементов телескопическими особенно выгодно при значительных диаметрах уширения (от 2 до 5 метров). При использовании опалубки упрощается процесс изготовления направляющих для опорных элементов, которые крепятся под пазами. Для облегчения заглубления опорных элементов в грунт их выполняют с заостренными окончаниями, например, при трубчатой форме опорного элемента заостренное окончание изготавливают в виде конуса. Ускорение заглубления опорных элементов в грунт может быть достигнуто при выполнении опорных элементов в виде пластин с заостренными кромками, погружаемыми в грунт. При этом направляющие пластин, например, выступы по боковым поверхностям пластины, обеспечивают прямолинейное расположение последовательно расположенных пластин. Зоны расположения уширений по высоте столба сваи предпочтительно рассчитывать с учетом результатов послойного измерения характеристик грунта, в котором возводят сваю. Повышению производительности процесса создания уширений сваи способствует применение устройств малой механизации. Например, заглубление опорных элементов в грунт может осуществляться с применением вибромолотов марки ВП или ВПП или вибропогружателей. Выемка разрабатываемого грунта из уширения ускоряется за счет использования ударного долота, подключенного к источнику сжатого воздуха, или применения шнекового бура. Бетонирование уширений и ствола сваи проводят обычно с использованием бетонолитной трубы, при этом следует применять бетон марки не ниже 200.

Пример реализации заявленного способа создания уширений сваи. Возведение свай с уширениями проводилось на пересечении улиц Тропарева и Никулинской в г. Москве над существующими подземными сооружениями. Сваи располагались на расстоянии 40 м друг от друга и имели глубину стволов 10,5 м. После разработки ствола какой-либо сваи диаметром 2,2 м проводилось послойное измерение характеристик грунта, в котором располагался ствол сваи, и осуществлялось определение месторасположений уширений вдоль ствола сваи с использованием соответствующих расчетов.

Уширения начинали создавать, начиная с нижнего, выполняющего функции подпятника. Уширение выполнялось с вылетом величиной 1,5 м, верхняя поверхность которого располагалась перпендикулярно оси ствола, а нижняя поверхность уширения размещалась под углом 45 градусов к оси ствола, что превышает угол внутреннего трения грунта. Заглубление в грунт веерообразно располагаемых опорных стержней проводили с использованием виброромолота марки ВП. После заглубления опорных элементов проводили разработку грунта под ними с использованием ударного долота. Подъем вырабатываемого грунта на поверхность проводили с использованием бадьи, прикрепленной к канату, наматываемому на катушку. После размещения на нижней поверхности уширения армирующих стержней диаметром 25 мм в зоне уширения, из которой выработан грунт, размещали распорку с прокладками на концах в виде участков доски толщиной 30 мм, имеющих форму прямоугольников, каждый из которых имел размер 100120 мм. После того как была проведена разработка грунта под всеми опорными элементами и размещались распорки равномерно под всей верхней поверхностью уширения с соответствующими прокладками, завершался первый этап создания нижнего уширения. Создание вышерасположенных уширений проводилось по технологии, аналогичной той, которая использовалась при осуществлении первого этапа создания нижнего уширения. По завершении создания всех уширений проводили бетонирование ствола сваи и созданных уширений с использованием бетонолитной трубы, при этом применялся бетон марки 200.

Испытания заявленного способа изготовления уширений сваи показали, что создаваемые уширения, размещенные вдоль ствола сваи, обладают высоким качеством. На поверхностях создаваемых уширений отсутствовали какие-либо трещины, что одновременно способствовало повышению эксплуатационной надежности создаваемых уширений. Кроме того, наличие в уширениях опорных элементов и распорок также способствует повышению эксплуатационной надежности, поскольку эти детали уширений при эксплуатации сваи выполняют функции армирующих элементов. Еще одним преимуществом заявленного способа создания уширений сваи является широкий диапазон форм и диаметров уширений сваи.