способ возведения инъекционной сваи (варианты)

Формула изобретения

1. Способ возведения инъекционной сваи, согласно которому обсадную трубу с теряемым наконечником и установленной внутри инъекторной трубой погружают в грунт и подают в образовавшуюся скважину твердеющую смесь через инъекторную трубу сначала в зону скважины между наконечником и нижним упором, установленным в обсадной трубе, через который пропущена инъекторная труба, после окончания инъектирования этой зоны обсадную трубу вместе с инъекторной трубой приподнимают, трубы фиксируют, а затем подают твердеющую смесь в новую зону скважины между упором и устроенной ранее частью тела сваи, инъектируют эту часть тела сваи и операции повторяют до извлечения обсадной трубы из грунта, отличающийся тем, что зону инъектирования устанавливают в пределах однородного грунта, а твердеющую смесь подают в каждую зону с давлением, определяемым для грунта, в котором находится эта зона, по формуле

Р=Ас+B,

где

с - удельное сцепление грунта, кПа;

- удельный вес грунта, кН/м³;

- угол внутреннего трения, град;

- коэффициент бокового давления грунта;

h - глубина зоны инъектирования грунта, м;

- коэффициент Пуансона (для грунта),

при этом на инъекторную трубу выше нижнего упора устанавливают дополнительный упор и эта часть инъекторной трубы имеет перфорацию, а при достижении дополнительным упором поверхности грунта приподнимают только обсадную трубу, оставляя перфорированную часть инъекторной трубы в скважине, затем инъектируют твердеющую смесь в эту зону скважины, вновь приподнимают обсадную трубу без инъекторной трубы, а после извлечения обсадной трубы из грунта инъекторную трубу обрезают над дополнительным упором, оставляя перфорированную часть инъекторной трубы в теле образованной сваи.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что погружение обсадной трубы осуществляют с зазором между ею и стенкой скважины и одновременным нарезанием продольных пазов в стенке скважины, а на уровне нижнего торца и вдоль обсадной трубы устанавливают кольца, внешний диаметр которых равен диаметру скважины.

3. Способ возведения инъекционной сваи, согласно которому обсадную трубу с теряемым наконечником и установленной внутри инъекторной трубой погружают в грунт и подают в образовавшуюся скважину твердеющую смесь через инъекторную трубу сначала в зону скважины между наконечником и нижним упором, установленным в обсадной трубе, через который пропущена инъекторная труба, после окончания инъектирования этой зоны обсадную трубу вместе с инъекторной трубой приподнимают, трубы фиксируют, а затем подают твердеющую смесь в новую зону скважины между упором и устроенной ранее частью тела сваи, инъектируют эту часть тела сваи и операции повторяют до извлечения обсадной трубы из грунта, отличающийся тем, что зону инъектирования устанавливают в пределах однородного грунта, а твердеющую смесь подают в каждую зону с давлением, определяемым для грунта, в котором находится эта зона, по формуле

Р=Ас+B,

где

с - удельное сцепление грунта, кПа;

- удельный вес грунта, кН/м³;

- угол внутреннего трения, град;

- коэффициент бокового давления грунта;

h - глубина зоны инъектирования грунта, м;

- коэффициент Пуансона (для грунта),

при этом на инъекторную трубу выше нижнего упора устанавливают дополнительный упор, а между упорами размещают арматурный каркас, который при достижении дополнительным упором поверхности грунта и после извлечения обсадной и инъекторной труб оставляют в теле образованной сваи.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что погружение обсадной трубы осуществляют с зазором между ею и стенкой скважины и одновременным нарезанием продольных пазов в стенке скважины, а на уровне нижнего торца и вдоль обсадной трубы устанавливают кольца, внешний диаметр которых равен диаметру скважины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству, в частности к способам возведения свайных оснований и фундаментов преимущественно в слабых грунтах, и может быть использовано в промышленном и гражданском строительстве как при возведении новых зданий и сооружений, так и при усилении фундаментов старых, поврежденных или требующих реконструкции.

Известен способ устройства буронабивной сваи-инъектора, при котором в предварительно выполненную скважину опускают арматурный каркас с кольцевыми инъекторами и бетонируют ствол сваи, кольцевые инъекторы при этом располагают в зоне слабого грунта с определенным интервалом, обеспечивающим требуемое проникновение инъектируемого вещества. После бетонирования ствола подают инъектируемое вещество в кольцевые инъекторы в объеме, достаточном для вымывания бентонитового раствора и промывки отверстий инъекторов. Инъектируемое вещество, проникая в околосвайный грунт, изменяет его свойства, создавая вокруг сваи в слабом грунте зону грунта с требуемыми свойствами, после чего инъектирование прекращают (А.С. СССР №1359411, E 02 D 5/62, опубл.15.12.87).

Известен другой способ возведения буронабивной сваи-инъектора, включающий образование скважины в грунте, установку инъекторной трубы, бетонирование ствола сваи и ее основания, при этом бетонирование основания осуществляют путем закрепления грунта инъектированием закрепляющего раствора через инъекторную трубу. Для нагнетания раствора в вертикальном направлении и применения высоких давлений инъектирования после образования скважины на дно ее устанавливают опоры, на которые опирают специальный уплотнительный элемент в виде диска и устанавливают инъекторную трубу с запорным приспособлением. Инъектирование производят дважды: сначала производят нагнетание закрепляющего раствора с таким расчетом, чтобы обеспечить требуемый радиус зоны закрепления, а затем производят нагнетание цементного раствора с постепенньм увеличением давления с последующей выдержкой во времени под давлением (А.С. СССР №1052625, E 02 D 5/62, опубл.07.11.83).

Недостатком этих двух способов является то, что для их осуществления требуется предварительное бурение скважины с удалением грунта. Технологический процесс выполняется, как правило, в три стадии: образование скважины, установка нагнетательного оборудования и инъектирование. Для выполнения этих операций требуется и специальное оборудование, а установка (переустановка) его приводит к увеличению сроков ведения работ по устройству сваи.

Известен другой способ устройства буронабивной сваи, согласно которому обсадную трубу с теряемым наконечником и установленным внутри бетоноводом погружают в грунт и подают бетонную смесь через бетоновод в зону между наконечником и нижним упором, установленным в обсадной трубе, через который пропущен бетоновод, после окончания уплотнения этой зоны обсадную трубу вместе с бетоноводом приподнимают не выше обреза уплотненной ранее части тела сваи, фиксируют обсадную трубу, вновь подают твердеющий раствор в новую зону бетонирования между упором и уплотненным ранее раствором, уплотняют эту часть тела сваи и операции повторяют до извлечения обсадной трубы из грунта (А.С. СССР №654746, E 02 D 5/42).

Этот способ по технической сущности является наиболее близким и принят в качестве прототипа. Функциональные назначения бетоновода и инъекторной трубы совпадают и заключаются в том, чтобы через них нагнетать твердеющую смесь (в прототипе это бетонная смесь) в скважину для образования тела сваи. Недостатком этого способа является то, что окончание уплотнения в каждой зоне фиксируется только по нагрузке бетононасоса. В результате свая имеет плотную и прочную структуру, однако достичь однородности уплотнения грунта вокруг такой сваи невозможно, так как не учитываются характеристики грунта, что сказывается на ее несущей способности.

Задачей предлагаемого изобретения является создание плотной, прочной, однородной по всей высоте сваи, обладающей высокой несущей способностью.

Задача решена следующим образом. Согласно известному способу обсадную трубу с теряемым наконечником и установленной внутри инъекторной трубой погружают в грунт и подают в образовавшуюся скважину твердеющую смесь через инъекторную трубу, сначала в зону скважины между наконечником и нижним упором, установленным в обсадной трубе, через который пропущена инъекторная труба, после окончания инъектирования этой зоны обсадную трубу вместе с инъекторной трубой приподнимают, фиксируют обсадную трубу, а затем подают твердеющую смесь в новую зону скважины между упором и устроенной ранее частью тела сваи, инъектируют эту часть тела сваи и операции повторяют до извлечения обсадной трубы из грунта. В отличие от него зону инъектирования устанавливают в пределах однородного грунта, а твердеющую смесь подают в каждую зону с давлением, определяемым для грунта, в котором находится эта зона по формуле:

Р=Ас+B,

где:

с - удельное сцепление грунта, кПа;

- удельный вес грунта, кН/м³;

- угол внутреннего трения, град;

- коэффициент бокового давления грунта;

h - глубина зоны инъектирования грунта, м;

- коэффициент Пуансона (для грунта),

при этом на инъекторную трубу выше нижнего упора устанавливают дополнительный упор, и эта часть инъекторной трубы имеет перфорацию, а при достижении дополнительным упором поверхности грунта приподнимают только обсадную трубу, оставляя перфорированную часть трубы в скважине, затем инъектируют твердеющую смесь в эту зону скважины, вновь приподнимают обсадную трубу без инъекторной трубы, а после извлечения обсадной трубы из грунта инъекторную трубу обрезают над дополнительным упором, оставляя перфорированную часть инъекторной трубы в теле образованной сваи. Кроме того, погружение обсадной трубы осуществляют с зазором между ею и стенкой скважины и одновременным нарезанием продольных пазов в стенке скважины, а на уровне нижнего торца и вдоль обсадной трубы устанавливают кольца, внешний диаметр которых равен диаметру скважины.

По второму варианту, согласно известному способу обсадную трубу с теряемым наконечником и установленной внутри инъекторной трубой погружают в грунт и подают в образовавшуюся скважину твердеющую смесь через инъекторную трубу, сначала в зону скважины между наконечником и нижним упором, установленным в обсадной трубе, через который пропущена инъекторная труба, после окончания инъектирования этой зоны обсадную трубу вместе с инъекторной трубой приподнимают, фиксируют обсадную трубу, а затем подают твердеющую смесь в новую зону скважины между упором и устроенной ранее частью тела сваи, инъектируют эту часть тела сваи и операции повторяют до извлечения обсадной трубы из грунта. В отличие от него зону инъектирования устанавливают в пределах однородного грунта, а твердеющую смесь подают в каждую зону с давлением, определяемым для грунта, в котором находится эта зона по формуле:

Р=Ас+В,

где:

с - удельное сцепление грунта, кПа;

- удельный вес грунта, кН/м³;

- угол внутреннего трения, град;

- коэффициент бокового давления грунта;

h - глубина зоны инъектирования грунта, м;

- коэффициент Пуансона (для грунта),

при этом на инъекторную трубу выше нижнего упора устанавливают дополнительный упор, а между упорами размещают арматурный каркас, который при достижении дополнительным упором поверхности грунта и после извлечения обсадной и инъекторной труб оставляют в теле образованной сваи. Кроме того, погружение обсадной трубы осуществляют с зазором между ею и стенкой скважины и одновременным нарезанием продольных пазов в стенке скважины, а на уровне нижнего торца и вдоль обсадной трубы устанавливают кольца, внешний диаметр которых равен диаметру скважины.

Отличия предлагаемых вариантов способа от известного подтверждают их новизну.

Так как для каждого участка однородного грунта устанавливается соответствующее свойствам этого грунта давление инъектирования твердеющей смеси, а зоны инъектирования выбирают в пределах однородного грунта, становится возможным исключить образование трещин гидроразрывов в грунте, и как следствие, бесконтрольное растекание твердеющей смеси и получить сваю с равномерно заполненными твердеющей смесью зонами по всей высоте скважины. Это приводит к повышению несущей способности сваи в целом. Использование инъекторной трубы с перфорацией в нижней ее части дает возможность равномерной подачи твердеющей смеси в верхнюю часть скважины, когда приподнимают только обсадную трубу, чтобы оставленная в теле образованной сваи инъекторная труба выполняла роль арматуры, или использование специального арматурного каркаса также повышает несущую способность сваи. Из уровня техники не известны такие способы возведения инъекционных свай, когда подача твердеющей смеси осуществляется с давлением, учитывающим характеристики грунта по глубине возведения сваи в каждой отдельной зоне инъектирования, и определяемым для каждой зоны по предлагаемой формуле. Это говорит о наличии изобретательского уровня у заявляемого объекта.

Оба варианта способа возведения инъекционной сваи имеют одинаковое назначение, решают одну и ту же изобретательскую задачу и в каждом реализован один и тот же прием: зону инъектирования устанавливают в пределах однородного грунта, а твердеющую смесь нагнетают в каждую зону с давлением, зависящим от характеристик грунта этой зоны с использованием в качестве арматуры части инъекторной трубы или специального арматурного каркаса, оставляемых в теле сваи в процессе инъектирования. Технический результат для обоих вариантов заключается в получении плотной, прочной и однородной по всей высоте сваи, при изготовлении которой исключается образование трещин гидроразрывов грунта, и как следствие, бесконтрольное растекание твердеющей смеси в грунте. Таким образом, оба варианта объединены единым изобретательским замыслом.

Далее способ поясняется примером конкретного выполнения

Фигуры 1, 2, 3, 4, 5 иллюстрируют способ возведения сваи по первому варианту. На фиг.1 показан начальный момент погружения обсадной трубы в грунт (продольный разрез); на фиг.2 - погружение обсадной трубы в грунт до проектной отметки; на фиг.3, 4, - этапы возведения сваи; на фиг.5 - инъекционная свая, возведенная предлагаемым способом (продольный разрез). На фиг.6 изображен начальный момент погружения обсадной трубы в грунт (продольный разрез) по второму варианту; на фиг.7, 8 - этапы возведения сваи по второму варианту; на фиг.9 - инъекционная свая, возведенная предлагаемым способом по второму варианту; на фиг.10 - сечение 1-1 на фиг.3.

Способ осуществляют следующим образом.

На поверхность грунта устанавливают обсадную трубу 1 с теряемым конусным наконечником 2, инъекторной трубой 3 внутри ее, нижним упором 4 и дополнительным упором 5. Упоры 4 и 5 выполнены в виде дисков диаметром, равным внутреннему диаметру обсадной трубы 1. Часть инъекторной трубы, расположенная между упорами, имеет перфорацию. Погружение обсадной трубы с наконечником в грунт производится с помощью вдавливающего оборудования или вибропогружателя (не показано). Обсадную трубу 1 фиксируют и через инъекторную трубу 3 осуществляют нагнетание твердеющей смеси в пространство между наконечником и дополнительным упором. По окончании инъектирования обсадную трубу вместе с инъекторной трубой приподнимают. При этом следующую зону инъектирования устанавливают таким образом, чтобы она находилась в пределах однородного грунта. Обсадную и инъекторную трубы фиксируют и вновь нагнетают твердеющую смесь в образовавшееся пространство (новую зону). Снова приподнимают обсадную и инъекторную трубы, выполняя условие образования новой зоны инъектирования в пределах однородного грунта, фиксируют трубы 1,3, нагнетают твердеющую смесь и т.д. до тех пор, пока дополнительный упор 5 не достигнет поверхности грунта. При достижении дополнительным упором 5 поверхности грунта приподнимают только обсадную трубу, а инъекторную оставляют в скважине, операции образования новых зон и их инъектирование повторяют, а после извлечения обсадной трубы из грунта инъекторную трубу обрезают над дополнительным упором. Давление, с которьм твердеющую смесь подают в каждую зону, зависит от характеристик грунта. Как правило, перед началом строительных работ грунты основания исследуют и определяют их характеристики: удельный вес (), удельное сцепление (с), угол внутреннего трения (), коэффициент бокового давления (). Зная характеристики грунта и глубину (h), на которой расположена соответствующая зона инъектирования по формуле:

Р=Ас+B,

где:

определяют давление инъектирования для этой зоны. Целесообразно погружение обсадной трубы 1 производить с образованием зазора 6 между стенкой скважины 7 и обсадной трубой и одновременным нарезанием продольных пазов 8 вдоль стенки скважины. Для этого конусный наконечник 2 снабжен режущими пластинами 9, причем края их выступают за основание конусного наконечника, а диаметр основания наконечника больше диаметра обсадной трубы. На уровне торца обсадной трубы установлено кольцо 10, которое предотвращает выход твердеющей смеси в зазор 6 при нагнетании ее в очередную зону. Вдоль обсадной трубы установлены кольца 11, удерживающие стенки скважины 7 от обрушения.

Способ исполнения по второму варианту отличается от первого тем, что инъекторную трубу 3 выполняют без перфорации, и ее извлекают полностью из скважины после инъектирования всех зон. Подачу твердеющей смеси осуществляют только через торцевое отверстие инъекторной трубы 3. А между упорами 4, 5 размещают арматурный каркас 12. При достижении дополнительным упором 5 поверхности грунта приподнимают только обсадную и инъекторные трубы, оставляя арматурный каркас 12 в теле устраиваемой сваи (в проектном положении). Инъектируемая в зоны твердеющая смесь не только формирует ствол сваи, но и уплотняет (упрочняет) грунт околосвайного пространства, обеспечивая увеличение несущей способности устроенной сваи.