способ усиления свайного фундамента

Формула изобретения

1. Способ усиления свайного фундамента путем увеличения несущей способности свай посредством смещения концов свай в противоположных направлениях относительно их первоначального положения перпендикулярно осям свай, отличающийся тем, что производят смещение нижних концов свай посредством нагнетания через инъектор закрепляющего раствора в пространство между сваями выше их концов в два этапа, на первом из которых раствор нагнетают под давлением 0,1-0,2 МПа, а на втором этапе нагнетание производят под давлением свыше 2 МПа, или путем нагнетания закрепляющего или инертного раствора через инъектор с теряемой оболочкой в пространство между сваями выше их концов для образования цилиндрического или сферического тела, а после частичного твердения раствора инъектор извлекают из грунта.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в грунте в пространство между сваями выше их концов производят нагнетание цементно-песчаного раствора.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в грунте в пространство между сваями выше их концов производят нагнетание раствора на расширяющемся цементе.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в грунте в пространство между сваями выше их концов производят нагнетание раствора пеносиликатов, расширяющихся при твердении.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в грунте в пространство между сваями выше их концов производят нагнетание растворов на основе негашеной извести.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства и предлагается к использованию для усиления свайных фундаментов зданий и сооружений, включающих сваи и ростверк, путем увеличения несущей способности свай, имеющих недостаточную несущую способность на вдавливающие или выдергивающие нагрузки.

Известен способ увеличения несущей способности свайного фундамента, включающего сваи и ростверк, путем увеличения несущей способности свай (способ-аналог), согласно которому после погружения свай верхние концы симметрично погруженных свай смещают в противоположные стороны относительно их первоначального положения перпендикулярно осям свай, после чего сооружают ростверк (авторское свидетельство «Способ возведения свайного фундамента» №658225, M. кл.³ E02D 27/12. - 1977, БИ №15 [1]).

Недостаток способа-аналога состоит в том, что он может быть использован для увеличения несущей способности свайного фундамента только до устройства свайного фундамента и неприменим для усиления существующих свайных фундаментов, имеющих недостаточную несущую способность.

Наиболее близким к заявляемому объекту техническим решением является способ увеличения несущей способности свайного фундамента путем увеличения несущей способности свай (способ-прототип), согласно которому после погружения свай верхние концы симметрично погруженных свай смещают в противоположные стороны относительно их первоначального положения перпендикулярно осям свай после бетонирования ростверка (авторское свидетельство «Способ возведения свайного фундамента» №947287, М. кл. ³ Е02D 27/12. - 1982, БИ №28 [2]).

Недостаток фундамента-прототипа состоит в том, что он может быть использован для увеличения несущей способности свайного фундамента только в процессе устройства свайного фундамента и неприменим для усиления существующих свайных фундаментов, имеющих недостаточную несущую способность.

Цель заявленного изобретения состоит в обеспечении возможности увеличения несущей способности свайных фундаментов после их сооружения, например, в связи с необходимостью увеличения нагрузок на фундамент при надстройке существующих зданий и сооружений.

Поставленная цель достигается тем, что в способе усиления свайного фундамента путем увеличения несущей способности свай посредством смещения верхних концов свай в противоположных направлениях относительно их первоначального положения перпендикулярно осям свай, в предлагаемом способе усиление свайного фундамента достигается увеличением несущей способности свай посредством перемещения в противоположные стороны нижних концов свай.

Для создания перемещения в противоположные стороны нижних частей свай могут быть использованы следующие способы.

1). Смещение нижних концов свай посредством нагнетания через инъектор закрепляющего раствора в пространство между сваями выше их концов в два этапа, на первом из которых раствор нагнетают под давлением в 0,1-0,2 МПа, а на втором этапе нагнетание производят под давлением свыше 2 МПа, или путем нагнетания закрепляющего или инертного раствора через инъектор с теряемой оболочкой в пространстве между сваями выше их концов для образования цилиндрического или сферического тела, а после частичного твердения раствора инъектор извлекают из грунта.

2). Нагнетание в грунт в пространство между сваями выше их концов закрепляющего раствора.

3). Нагнетание в грунт в пространство между сваями выше их концов цементно-песчаного раствора.

4). Нагнетание в грунт в пространство между сваями выше их концов раствора на расширяющемся цементе.

5). Нагнетание в грунт в пространство между сваями выше их концов раствора пеносиликатов, расширяющихся при твердении.

6). Нагнетание в грунте в пространство между сваями выше их концов растворов на основе негашеной извести.

Повышение несущей способности свай в предлагаемом способе достигается тем, что после нагнетания раствора увеличивается объема грунта, заключенного в пространстве между сваями. Закрепляемый грунт оказывает давление на внутренние грани свай, вызывает заданное смещение их нижних концов перпендикулярно продольным осям во внешнюю строну, и тем самым обеспечивает увеличение несущей способности свай, поскольку при смещении нижних частей свай увеличивается давление грунта на внешние грани концов свай и соответственно увеличивается сопротивление грунта на боковой по поверхности каждой из свай. За счет поступления к сваям закрепляющего раствора также увеличивается прочность грунта на контакте между гранями свай и грунтом, что дополнительно увеличивает несущую способность свай.

Подобный же эффект достигается нагнетанием растворов, увеличивающих объем при твердении (например, пеносиликатов, растворов на расширяющемся цементе и др.) или увеличивающих объем после попадания во влажный грунт (например, составов на основе негашеной извести).

Совокупность сформулированных предложений обеспечивает реализацию поставленной цели - обеспечение возможности увеличения несущей способности свайных фундаментов, имеющих недостаточную несущую способность, путем увеличения несущей способности свай.

При анализе уровня техники не выявлен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого решения, т.е. оно отвечает требованиям новизны.

Не выявлены также признаки, являющиеся отличительными в заявляемом решении, т.е. оно отвечает требованию изобретательского уровня.

Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг.1-4), которыми иллюстрируются два способа усиления свайного фундамента путем увеличения несущей способности свай: на фиг.1 и 2 - путем инъекции цементно-песчаного раствора; на фиг.3 и 4 - путем образования в пространстве между сваями цилиндрического тела заданных размеров.

На фиг.1 и 3 изображен план, а на фиг.2 и 4 - разрез А-А существующего свайного фундамента опоры линии электропередачи (ЛЭП), причем несущая способность свайного фундамента недостаточна для восприятия увеличенных вдавливающих и выдергивающих нагрузок от новой опоры.

Свайный фундамент опоры ЛЭП (фиг.1-4) включает 4 сваи 1 с расстоянием между ними с=2 м, длиной L=6 м каждая и ростверк 2 из стальных элементов.

На фиг.1 и 2 показаны: инъектор 3, его затрубное пространство 4, первичный 5 и вторичный цементно-песчаный закрепляющие растворы 6.

На фиг.3 и 4 показаны: инъектор 7 с эластичной оболочкой 8 на конце и закрепляющий раствор 9, подаваемый в полость инъектора 7.

Способ усиления свайного фундамента путем инъекции цементно-песчаного раствора реализуется следующим образом (фиг.1, 2): в пространство между сваям 1, объединенными ростверком 2, на 1 м выше концов свай в заранее пробуренную с одной из боковых сторон фундамента скважину погружают стальной перфорированный инъектор 3, а затрубное пространство инъектора 4 тампонируют жестким твердеющим раствором. Далее через перфорированную часть инъектора 3 в грунт подают под небольшим давлением (0.1-0.2 МПа) первичный закрепляющий раствор 5. После инъекции в пространстве, вмещающем сваи 1, образуется зона грунта, насыщенная раствором 5. Для исключения размыва раствора 5 движущимися подземными водами в него вводят добавки, ускоряющие процесс схватывания. Впоследствии этот раствор 5, находящийся еще в не полностью затвердевшем состоянии, но сохраняющий пластичность, будет служить элементом, передающим давление, которое будет создано на втором этапе - этапе инъекции вторичного раствора 6.

Нагнетание вторичного закрепляющего раствора 6 производят под более высоким (2-3 МПа и выше) давлением. Для примера, приведенного на фиг.1 и 2, требуется произвести нагнетание в пространство между сваями от 0.2-0.3 м ² вторичного раствора 6. При этом согласно расчету от вторичного раствора 6 через первичный раствор 5 на внутренние грани свай 1 будет передано давление в пределах от а=0.10 до 0.20 МПа, а нижние концы свай получат горизонтальное перемещение в наружном направлении u=1-2 см, безопасное согласно требованиям главы СНиП 2.02.03-85 [4] (значения а и u - см. фиг.2 и 4). После перемещения концов свай наружные их грани будут более плотно прилегать к грунту. Кроме того, вследствие инъекции и силового воздействия грунтовое пространство вокруг граней и концов свай будет иметь более высокие характеристиками прочности. В результате несущая способность свай на сжимающие и выдергивающие воздействия возрастет, а устойчивость закрепления во времени будет гарантирована известными рекомендациями по подбору составов закрепляющих растворов. После частичного твердения раствора 6 инъектор извлекают из грунта.

Усиление свайного фундамента путем образования в пространстве между сваями цилиндрического тела заданных размеров реализуется следующим образом (фиг.3, 4): в грунт сверху погружают инвентарный инъектор 7 с теряемой эластичной оболочкой 8. Для образования цилиндрического или сферического тела могут быть использованы известные устройства, например анкеры с теряемой эластичной оболочкой [3].

Длину нижней части инъектора 7 с теряемой оболочкой 8 принимают длиной 1.5-2.0 м - с тем, чтобы обеспечить условия образования цилиндрического тела (при меньшей длине образуется тело, близкое по форме к сфере). Затем в полость 9 инъектора 7 производят нагнетание закрепляющего (например, цементно-песчаного) или инертного (например, золошлакового) раствора. Эффект способа возрастает при применении для заполнения полости 9 закрепляющих растворов на расширяющемся цементе, пеносиликатов, негашеной извести.

Объем полости цилиндрического тела в полости 9 и давление нагнетания а, необходимые для создания заданного перемещения свай в наружном направлении u, определяют на основе известных решений осесимметричных задач о расширении цилиндрической (или сферической) полости в грунте. После образования полости и частичного твердения раствора в полости 9 инъектор 7 извлекают из грунта, а эластичная оболочка 8 остается в грунте.

Преимущества предлагаемого способа по сравнению со способом-аналогом и способом - прототипом состоят в обеспечении возможности усиления свайного фундамента после его устройства, в случае, если несущая способность свайного фундамента недостаточна.

Источники информации

1. Авторское свидетельство №658225, М. кл. ³ Е02D 27/12. Способ возведения свайного фундамента / И.А.Маренинов, В.В.Павлов и А.П.Сафонов. - 1977, БИ №15.

2. Авторское свидетельство №947287, М. кл.³ Е02D 27/12. Способ возведения свайного фундамента / В.В.Лушников и И.А.Маренинов. - 1982, БИ №28.

3. Анкерная крепь: Справочник / А.П.Широков, В.А.Лидер, М.А.Дзауров и др. - М.: Недра, 1990.

4. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты / Госстрой России. -М.: ГУПЦПП, 2001.