способ возведения в грунте набивной опорной конструкции и набивная опорная конструкция, возведенная этим способом

Формула изобретения

1. Способ образования в грунте набивной опорной конструкции, характеризующийся тем, что он предусматривает образование в грунте скважины или участка траншеи, заполнение ее по крайней мере на часть высоты твердеющим материалом или буровым раствором, например цементно-бентонитовым, с последующим замещением этого раствора твердеющим материалом, погружение в твердеющий материал или в буровой раствор арматурного каркаса с закрепленной по крайней мере на части его длины гибкой наружной оболочкой, проницаемой для жидкой составляющей твердеющего материала с образованием гидроизоляции арматурного каркаса после твердения этого материала и расположенного снаружи оболочки слоя твердеющего материала, причем оболочку выполняют с диаметром или с наибольшим размером поперечного сечения, составляющим 0,7-1,2 соответственно диаметра скважины или наибольшего размера поперечного сечения траншеи и равным 1,1-1,9 наибольшего размера поперечного сечения арматурного каркаса в свету.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при заполнении скважины или участка траншеи по крайней мере на часть ее высоты буровым раствором замещение его твердеющим материалом производят после погружения арматурного каркаса с гибкой наружной оболочкой.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что гибкую наружную оболочку выполняют длиной, превышающей длину арматурного каркаса.

4. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что при возведении опорной конструкции в грунтах с по крайней мере одним водонасыщенным или слабым слоем гибкую наружную оболочку выполняют длиной, меньшей длины арматурного каркаса, но превышающей толщину указанного слоя грунта, и закрепляют ее на участках длины арматурного каркаса, расположенных выше и ниже соответственно водонасыщенного или слабого слоя грунта.

5. Способ по любому из пп.3 и 4, отличающийся тем, что гибкую наружную оболочку выполняют с открытым нижним торцом.

6. Способ по любому из пп.3 и 4, отличающийся тем, что гибкую наружную оболочку выполняют с закрытым нижним торцом.

7. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что после набора твердеющим материалом 15-20% прочности или после загустевания твердеющего материала, расположенного с внешней стороны оболочки, производят опрессовку скважины или участка траншеи путем закачивания в нее под давлением дополнительной порции твердеющего материала.

8. Способ по п.6, отличающийся тем, что закрытый нижний торец оболочки выполняют с затвором, который крепят к арматурному каркасу и посредством которого производят опрессовывание скважины или участка траншеи путем закачивания под давлением дополнительной порции твердеющего материала в пространство между стенками скважины и гибкой наружной оболочкой арматурного каркаса или производят опрессовывание твердеющего материала тела возводимой опорной конструкции путем закачивания твердеющего материала в полость гибкой наружной оболочки арматурного каркаса.

9. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что гибкую наружную оболочку по крайней мере в зоне возможного развития сил негативного трения выполняют двухслойной с наружным слоем из материала, исключающего сцепление с грунтом указанной зоны.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что зазор между слоями гибкой наружной оболочки заполняют, например инъектированием, твердеющим материалом или консистентной смазкой, например бентонитовым раствором.

11. Способ по любому из пп.9 и 10, отличающийся тем, что наружный слой наружной гибкой оболочки выполняют из водонепроницаемого материала.

12. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что гибкую наружную оболочку выполняют из синтетического материала, предпочтительно из полипропилена, тканого, или нетканого, или образованного, например, сплетением нитей.

13. Способ по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что гибкую наружную оболочку выполняют в виде рукава или образуют ее из полосы, кромки которой соединяют скрепками или сваркой, в том числе точечной, или сшивкой, или склейкой, или шнуровкой.

14. Способ по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что гибкую наружную оболочку образуют путем закручивания полосы вокруг арматурного каркаса с образованием гофр, расположенных по винтовой линии.

15. Способ по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что гибкую наружную оболочку располагают на арматурном каркасе с образованием продольных гофров.

16. Способ по любому из пп.1-15, отличающийся тем, что гибкую наружную оболочку выполняют по длине с переменным диаметром, изменяющимся плавно или ступенчато, или с переменным, по крайней мере, одним размером поперечного сечения.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что гибкую наружную оболочку выполняют с чередующимися по длине оболочки участками большего и меньшего диаметров или по крайней мере одного размера поперечного сечения.

18. Способ по любому из пп.16 и 17, отличающийся тем, что гибкую наружную оболочку выполняют с большим диаметром в нижней части.

19. Набивная опорная конструкция, характеризующаяся тем, что возведена способом по любому из пп.1-18.

20. Набивная опорная конструкция по п.19, отличающаяся тем, что она выполнена в виде сваи.

21. Набивная опорная конструкция по п.19, отличающаяся тем, что она выполнена в виде грунтового анкера.

22. Набивная опорная конструкция по п.19, отличающаяся тем, что она выполнена в виде по крайней мере одного участка стены в грунте.

23. Набивная опорная конструкция по п.19, отличающаяся тем, что она выполнена в виде столбчатого фундамента.

24. Набивная опорная конструкция по п.19, отличающаяся тем, что она выполнена в виде участка ленточного фундамента.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства, в частности к способам возведения в грунте набивных опорных конструкций, в том числе свайных фундаментов, анкеров, стен в грунте, набивных армогрунтовых конструкций и других опорных геотехнических конструкций различного назначения, используемых как при строительстве новых сооружений, так и при реконструкции или усилении существующих сооружений.

Известен способ возведения в грунте набивной опорной конструкции с использованием сетчатых оболочек [1]. Недостатком способа является трудность его использования для арматурных каркасов буровых свай, особенно больших диаметров, а также для глубоких опор некруглой формы сечения (прямоугольные барреты и др.).

Известен способ выполнения набивных свай в гибких оболочках, согласно которому в скважину, заполненную бетоном, опускают трубчатый жесткий корпус, образованный продольными арматурными стержнями, обвитыми поперечной арматурой и гибким материалом, пропитанным антикоррозионным составом [2]. Известна также набивная свая, выполненная этим способом. К недостаткам способа и сваи, возведенной этим способом, следует отнести низкую несущую способность по грунту, обусловленную малым сопротивлением по боковой поверхности свай, а также невозможностью использования в современных способах возведения свай типа CFA, когда бетонная смесь заполняет скважину непосредственно по ходу извлечения бурового снаряда.

Задачей настоящего изобретения как в части способа, так и в части набивной опорной конструкции, возведенной этим способом, является увеличение несущей способности набивной опорной конструкции в грунте, повышение ее надежности и долговечности при одновременном снижении трудоемкости и обеспечении возможности использования как при строительстве новых сооружений, так и при реконструкции или усилении существующих, и расширения тем самым области использования.

Задача решается за счет того, что согласно изобретению способ возведения в грунте набивной опорной конструкции предусматривает образование в грунте скважины или участка траншеи, заполнение ее по крайней мере на часть высоты твердеющим материалом или буровым раствором, например цементно-бентонитовым, с последующим замещением этого раствора твердеющим материалом, погружение в твердеющий материал или в буровой раствор арматурного каркаса с закрепленной по крайней мере на части его длины гибкой наружной оболочкой, проницаемой для жидкой составляющей твердеющего материала и образующей гидроизоляцию арматурного каркаса после твердения этого материала, причем оболочку выполняют с диаметром или с наибольшим размером поперечного сечения, составляющим 0,7-1,2 соответственно от диаметра скважины или от наибольшего размера поперечного сечения траншеи и равным 1,1-1,9 от наибольшего размера поперечного сечения арматурного каркаса в свету.

При этом при заполнении скважины или участка траншеи по крайней мере на часть ее высоты буровым раствором замещение его твердеющим материалом могут производить после погружения арматурного каркаса с гибкой наружной оболочкой.

Гибкую наружную оболочку могут выполнять длиной, превышающей длину арматурного каркаса.

При возведении опорной конструкции в грунтах с по крайней мере одним водонасыщенным или слабым слоем гибкую наружную оболочку могут выполнять длиной, меньшей длины арматурного каркаса, но превышающей толщину указанного слоя грунта и закрепляют ее на участках длины арматурного каркаса, расположенных выше и ниже соответственно водонасыщенного или слабого слоя грунта.

Гибкую наружную оболочку могут выполнять с открытым нижним торцом.

Гибкую наружную оболочку могут выполнять с закрытым нижним торцом.

После набора твердеющим материалом 15-20% или после загустевания твердеющего материала, расположенного с внешней стороны оболочки, могут производить опрессовку скважины или участка траншеи путем закачивания в нее под давлением дополнительной порции твердеющего материала.

Закрытый нижний торец оболочки могут выполнять с затвором, который крепят к арматурному каркасу и посредством которого производят опрессовывание скважины или участка траншеи путем закачивания под давлением дополнительной порции твердеющего материала в пространство между стенками скважины и гибкой наружной оболочкой арматурного каркаса или производят опрессовывание твердеющего материала тела возводимой опорной конструкции путем закачивания твердеющего материала в полость гибкой наружной оболочки арматурного каркаса.

Гибкую наружную оболочку по крайней мере в зоне возможного развития сил негативного трения могут выполнять двухслойной с наружным слоем из материала, исключающего сцепление с грунтом указанной зоны.

Зазор между слоями гибкой наружной оболочки могут заполнять, например инъектированием, твердеющим материалом или консистентной смазкой, например бентонитовым раствором.

Наружный слой наружной гибкой оболочки могут выполнять из водонепроницаемого материала.

Гибкую наружную оболочку могут выполнять из синтетического материала, предпочтительно из полипропилена, тканого или нетканого или образованного, например, сплетением нитей.

Гибкую наружную оболочку могут выполнять в виде рукава или образуют ее из полосы, кромки которой соединяют скрепками или сваркой, в том числе точечной, или сшивкой, или склейкой, или шнуровкой, или иным способом.

Гибкую наружную оболочку могут образовывать путем закручивания полосы вокруг арматурного каркаса с образованием гофр, расположенных по винтовой линии.

Гибкую наружную оболочку могут располагать на арматурном каркасе с образованием продольных гофр.

Гибкую наружную оболочку могут выполнять по длине с переменным диаметром, изменяющимся плавно по длине оболочки или ступенчато, или с переменным, по крайней мере, одним размером поперечного сечения.

Гибкую наружную оболочку могут выполнять с чередующимися по длине оболочки участками большего и меньшего диаметра или по крайней мере одного размера поперечного сечения.

Гибкую наружную оболочку могут выполнять с большим диаметром в нижней части.

Задача в части второго объекта - набивной опорной конструкции решается за счет того, что она возведена описанным выше способом.

При этом набивная опорная конструкция может быть выполнена в виде сваи, или в виде грунтового анкера, или в виде по крайней мере одного участка стены в грунте, или в виде столбчатого фундамента, или в виде ленточного фундамента.

Технический результат, обеспечиваемый обоими объектами изобретения, состоит в повышении надежности и долговечности конструкции при одновременном обеспечении возможности использования как при строительстве новых сооружений, так и при реконструкции или усилении существующих и расширении тем самым области использования за счет того, что обеспечивается высокое сопротивление по боковой поверхности возводимой конструкции и повышение тем самым несущей способности при одновременном повышении технологичности и снижении трудозатрат при изготовлении в грунте набивной опорной конструкции.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

на фиг.1 изображена скважина и заполнение ее твердеющим материалом;

на фиг.2 - опускание арматурного каркаса с прикрепленной оболочкой в скважину с бетонной смесью;

на фиг.3 - опускание каркаса с оболочкой с закрытым нижним концом с одновременной подачей твердеющего материала внутрь оболочки;

на фиг.4 - опрессовка скважины дополнительной порцией бетонной смеси;

на фиг.5 - оболочка для сваи большого диаметра;

на фиг.6 - опрессовка скважины через клапан, расположенный в нижней части арматурного каркаса;

на фиг.7 - поперечное сечение геотехнической конструкции типа нагель с уложенной оболочкой с продольными гофрами в жидкой твердеющей смеси;

на фиг.8 - то же, после приложения давления опрессовывания;

на фиг.9 - заполнение оболочки твердеющим материалом на части длины сваи.

Способ согласно изобретению реализуют следующим образом. Известным способом, например CFA (НПШ - непрерывно перемещающийся шнек), в грунте выполняют скважину 1 и заполняют ее по крайней мере на части высоты твердеющим материалом, например бетонной смесью 2 через полый (проходной) шнек (на чертежах не показан)(фиг.1). На подготовленный к установке арматурный каркас 3 надевают гибкую оболочку 4, проницаемую для жидкой составляющей твердеющего материала, образующую гидроизоляцию арматурного каркаса после твердения этого материала и расположенный снаружи оболочки слой твердеющего материала. Оболочку используют, например, из синтетического тканого, или нетканого, или сетчатого, или полученного переплетением синтетических волокон или нитей материала и закрепляют ее на всей длине каркаса или, как минимум, на части высоты, например на проектном уровне, определяемом, например, физическими свойствами и агрессивностью грунтов, окружающих скважину 1. Оболочку выполняют с диаметром или с наибольшим размером поперечного сечения, составляющим 0,7-1,2 соответственно от диаметра скважины и равным 1,1-1,9 от наибольшего размера поперечного сечения арматурного каркаса в свету.

Известным средством, например грузоподъемным краном, арматурный каркас 3 с оболочкой 4, например с открытым нижним концом 5, опускают в свежеуложенную бетонную смесь 2 на проектную глубину. При этом бетонная смесь 2 заполняет внутреннее пространство оболочки 4, образуя рабочую часть сваи 6, состоящую из внутреннего слоя бетона, арматурного каркаса, слоя гидроизоляции и расположенного снаружи оболочки 4 слоя твердеющего материала (фиг.2).

Иногда бывает удобнее опускать оболочку 4 с закрытым нижним торцом 5 (фиг.2). В этом случае одновременно с опусканием или после опускания на проектную глубину производят заполнение оболочки 4 твердеющим материалом 2, например бетононасосом (на чертежах не показан) (фиг.3).

В ряде случаев после заполнения оболочки 4 для повышения несущей способности сваи может быть произведена ее опрессовка изнутри путем закачивания дополнительной порции бетонной смеси 2 через верхний конец 7 оболочки 4, который фиксируют хомутом 8 (фиг.4).

При устройстве прямоугольных барретов, фрагментов стены в грунте, а также свай большого диаметра и длины армокаркас 3 бывает удобнее обертывать полосой из ткани, образуя оболочку 4 соединением краев ткани скрепками 9, или сшиванием, или склеиванием или сваркой (фиг.5), или использовать рукав или иной способ.

При устройстве скважины 1 бурением под защитой бурового раствора 10, например цементно-бентонитового или полимерного, каркас 3 с оболочкой 4 опускают в раствор 10, а затем через бетонолит ую или инъекционную трубу 11 производят замещение раствора на твердеющий материал, например бетонную смесь 2.

Для повышения эффекта опрессовки на нижнем конце каркаса 3 могут прикреплять клапан с затвором 12, на котором удерживается нижний конец оболочки 4 с помощью хомута 8 (фиг.6).

Для надежного сцепления между внутренней и внешней частями сваи 6 оболочку 4 могут укладывать с продольными гофрами 13 или с поперечными или винтообразными (на чертежах не показаны). При устройстве свай, анкеров и нагелей малого сечения продольные гофры 13 расправляют в свежеуложенном твердеющем материале, например бетонной смеси 2, инъекционным давлением через бетонолитную трубу 11, которую погружают вместе с оболочкой 4 и арматурным стержнем 3 (фиг.7-8).

Для уменьшения негативного трения на части длины ствола сваи 6, а также для создания свободной длины анкера могут устраивать двойную оболочку 14, по крайней мере на отдельном участке арматурного каркаса 3. Зазор между двумя оболочками 14 заполняют воздухом, консистентной смазкой 15 и др. (фиг.9). Наружный слой оболочки 14 могут выполнять из водонепроницаемого материала.

Для повышения несущей способности зазор заполняют под давлением дополнительной порцией твердеющего материала, который разрывает наружный слой затвердевшего бетона и вдавливает его в окружающий грунт.

Гибкую наружную оболочку могут выполнять по длине с переменным диаметром, изменяющимся плавно или ступенчато, или с чередующимися по длине участками большего и меньшего диаметра или с большим диаметром в нижней части.

Таким образом, описанным способом возможно изготавливать в грунте набивную опорную конструкцию, например сваю 6, или грунтовый анкер, или, по крайней мере, один участок стены в грунте, или столбчатый фундамент, или участок ленточного фундамента, в частности баррет (на чертежах не показаны), т.е. набивные опорные конструкции, обладающие высокой несущей способностью, надежностью и долговечностью и легко адаптируемые к конкретным грунтовым условиям.

Источники информации

1. DE 4105930, кл. E 02 D 17/18, 27.08.1992.

2. SU 1288259, кл. E 02 D 5/38, 07.02.1987.