способ возведения набивной сваи

Формула изобретения

1. Способ возведения набивной сваи, включающий выполнение скважины бурением, подачу в нее твердеющего материала, уплотнение его с помощью электрических разрядов с перемещением зоны возбуждения снизу вверх, отличающийся тем, что бурение осуществляют шнековым снарядом, на конце которого размещен с возможностью выдвижения электрический разрядник, причем подачу твердеющего материала в скважину осуществляют по ребордам шнекового снаряда, по достижении снарядом дна скважины поднимают его без вращения в скважине на высоту 0,8-1,5 диаметра скважины, а после заполнения образовавшегося объема непрерывно подаваемым твердеющим материалом выдвигают разрядник и осуществляют электрический разряд, затем повторяют операции подъема снаряда и электрических разрядов до заполнения скважины на всю глубину.

2. Способ возведения набивной сваи по п.1, отличающийся тем, что после каждого подъема шнекового снаряда могут осуществлять вращение снаряда в противоположном бурению направлении до заполнения твердеющим материалом образовавшейся после подъема пустоты, при этом момент заполнения определяют при прекращении поглощения твердеющего материала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству, а именно к технологии возведения сваи в грунтах, где не обеспечивается устойчивость стенок буровых скважин, может быть использовано для свайных фундаментов новых строящихся зданий и сооружений, реконструируемых старых зданий, а также сооружений самого различного назначения.

Известен способ возведения набивной сваи (авторское свидетельство 1441847, М.кл. E02D 5/44, 1987 г.), включающий установку арматуры и подачу твердеющего материала в предварительно пройденную пневмопробойником скважину диаметром, меньшим диаметра создаваемой сваи, и последующее уплотнение твердеющего материала. Причем одновременно с установкой арматуры скважину расширяют по всей высоте. Подачу твердеющего материала осуществляют совместно с образованием камуфлетного уширения серией высоковольтных электрических разрядов, количество которых определяют из требуемого радиуса камуфлетного уширения за один разряд, интенсивности накопления необратимых деформаций, грунта, а уплотнение твердеющего материала производят по высоте скважины высоковольтными электрическими разрядами.

Данный способ имеет существенные недостатки: сложность, а иногда его невозможно применить при возведении свай в структурно-неустойчивых грунтах, так как происходит расструктурирование этих грунтов.

Известен способ возведения набивной сваи (заявка РСТ RU №91/009941, М.кл. E02D 5/44). Этот способ включает бурение скважины, установку инвентарного электрического разрядника, подачу в скважину твердеющего электропроводного материала, возбуждение в нем высоковольтных электрических разрядов с помощью разрядника с перемещением зоны возбуждения снизу вверх и последующим извлечением разрядника.

Однако этот способ имеет такие же существенные недостатки, что и предыдущее изобретение.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ возведения набивной сваи, включающий бурение скважины, установку электрического разрядника, подачу в скважину твердеющего электропроводного материала, возбуждение в нем высоковольтных электрических разрядов с помощью разрядника с перемещением зоны возбуждения снизу вверх. Причем после извлечения из скважины снаряда для бурения в скважину устанавливают обсадную трубу с теряемой заглушкой. Электрический разрядник и трубу для подачи твердеющего материала устанавливают в полости обсадной трубы по оси скважины. Затем осуществляют погружение до забоя скважины обсадной трубы, после чего полость обсадной трубы заполняют электропроводным твердеющим материалом и перемещают обсадную трубу вверх с одновременной подачей твердеющего материала в скважину и вытеснением его в затрубное пространство, причем перемещение разрядника вверх осуществляют совместно с подъемом обсадной трубы или независимо от нее.

Однако этот способ также не достаточно надежен, так как при использовании его в слабых грунтах во время извлечения бурового снаряда неизбежно произойдет обсыпание грунта и образование шлама на дне скважины, кроме того, использование обсадной трубы с теряемой заглушкой, установленной на конце обсадной трубы, приводит к усложнению способа.

Задачей изобретения является создание нового способа возведения набивной сваи, который позволил бы получить качественные сваи, обеспечить высокие несущую способность и прочность материала ствола, а также упростить процесс производства.

Эта задача решается тем, что при возведении набивной сваи, включающем выполнение скважины бурением, подачу в нее твердеющего материала, уплотнение его с помощью электрических разрядов с перемещением зоны возбуждения снизу вверх, бурение осуществляют шнековым снарядом, на конце которого размещен с возможностью выдвижения электрический разрядник, причем подачу твердеющего материала в скважину осуществляют по ребордам шнекового снаряда, после достижения снарядом дна скважины поднимают его без вращения в скважине на высоту 0,8-1,5 диаметра скважины, а после заполнения образовавшегося объема непрерывно подаваемым твердеющим материалом выдвигают разрядник и осуществляют электрический разряд, затем повторяют операции подъема снаряда и электрических разрядов до заполнения скважины на всю глубину.

Причем после каждого подъема шнекового снаряда могут осуществлять вращение снаряда в противоположном бурению направлении до заполнения твердеющим материалом образовавшейся после подъема пустоты, при этом момент заполнения определяют при прекращении поглощения твердеющего материала.

Такая новая совокупность существенных признаков технического решения позволяет изготавливать набивную сваю в грунтах, где не обеспечивается устойчивость стенок буровых скважин, а также в структурно-неустойчивых грунтах (илы, торфы, водонасыщенные заторфованные грунты и т.п.).

На фиг.1а изображено бурение скважины 1 шнековым снарядом 2 с размещенным на его нижнем конце разрядником 3; на фиг.1б изображен прямолинейный (без вращения) подъем шнекового снаряда 2 на высоту (0,8-1,5) d - диаметра скважины; на фиг.1в изображена подача твердеющего материала 4 по ребордам шнекового снаряда 2, которая может осуществляться самотеком, под давлением или вращением снаряда 2 в обратном направлении относительно вращения при бурении, до заполнения объема под снарядом на высоту (0,8-1,5) d; и срабатывание разрядника; на фиг.2г изображен следующий подъем снаряда на высоту (0,8-1,5) d от поверхности твердеющего материала 4; на фиг.2д изображена полученная набивная свая.

Способ осуществляется следующим образом. Производят проходку цилиндрической скважины 1 шнековым бурильным снарядом 2. Одновременно с бурением происходит выемка грунта. После прохождения бурильного снаряда на требуемую глубину осуществляют подъем его на высоту (0,8-1,5) диаметра полученной скважины 1. Высота, равная (0,8-1,5) диаметра полученной скважины, определена эмпирически, исходя из условия неосыпаемости грунта в полученную скважин, при подъеме снаряда. Нижний ее предел взят для слабых в отношении осыпаемости грунтов, например пылевато-песчаных, биогенных и им подобных. Высший предел определен для связных грунтов. Одновременно с подъемом бурильного снаряда начинают подачу твердеющего материала 4, который может подаваться самотеком за счет гравитационных сил, давления, прикладываемого к твердеющему материалу, а после достижения снарядом нужной высоты может быть произведено вращение снряда в направлении, обратном направлению бурения, для ускорения заполнения образовавшегося при подъеме объема под снарядом 2 и создания некоторого давления для лучшего заполнения вышеуказанного объема. Затем производят электрический разряд в этом объеме, который имеет взрывной характер с большими электродинамичесими усилиями, действующими во всех направлениях. При этом часть твердеющего материала 4 внедряется в дно и боковые стенки скважины, упрочняя их, а уровень твердеющего материала занимает положение ниже первоначального. Бурильный шнековый снаряд поднимают на высоту (0,8-1,5) диаметра скважины от уровня твердеющего материала, образованного после первого раряда. Затем вышеприведенные операции (подъема и разряда) повторяют до заполнения скважины на всю глубину.

Пример 1. Осуществляли возведение сваи длиной 10 м бурильным шнековым снарядом, на конце которого установлен с возможностью выдвижения разрядник, подсоединенный малоиндуктивным кабелем к электроразрядной станции (емкостный накопитель энергии) 20 кДж, внешний диаметр которого 230 мм. В качестве несущего слоя использовался песок пылеватый средней плотности, не водонасыщенный. После прохождения снаряда на глубину 10 м осуществляли его подъем на высоту на 184 мм, что составляет 0,8 от диаметра 230 мм, так как именно такой диаметр имеет скважина, которая образована бурильным снарядом, и одновременно подачу твердеющего материала. После остановки бурового снаряда вращали его в направлении, противоположном направлению бурения. Твердеющий материал подавали до прекращения поглощения материала, что свидетельствовало о полном заполнении полости под бурильным снарядом. После этого производили разряд. Затем поднимали буровой снаряд опять на высоту на 184 мм, одновременно заполняя освобождающийся объем, и все операции повторяли до полного заполнения скважины 10 метров. При этом свая имеет диаметр, значительно превосходящий первоначальный, полученный при бурении.

После набора прочности производились статические испытания изготовленных свай, которые показали несущую способность свай 45 т. Ожидаемая несущая способность свай при расчете по существующим методикам 35 т. Это свидетельствует о том, что предлагаемый способ возведения свай позволил увеличить несущую способность свай до 30%.

Эти операции рекомендуется продолжать до прохождения всего слоя грунта, после чего вновь изменяют направление смещения нижнего торца обсадной трубы и разрядника относительно друг друга в скважине и повторяют описанные ранее операции способа, пока не будет полностью изготовлен ствол сваи. В результате изготавливается набивная свая с повышенной несущей способностью и за меньшее время, чем другими известными способами.

Пример 2. Осуществляли возведение сваи длиной 12 м бурильным шнековым снарядом, на конце которого установлен с возможностью выдвижения разрядник, подсоединенный малоиндуктивным кабелем к электроразрядной станции (емкостный накопитель энергии) 25 кДж, внешний диаметр снаряда 250 мм. В качестве несущего слоя использовался песчано-глинистый грунт. После прохождения снаряда на глубину 12 м осуществляли его подъем на высоту на 375 мм, что составляет 1,5 от диаметра 250 мм (так как именно такой диаметр имеет скважина, которая образована бурильным снарядом), и одновременно подачу твердеющего материала. После остановки бурового снаряда вращали его в направлении, противоположном направлению бурения. Твердеющий материал подавали до прекращения поглощения материала, что свидетельствовало о полном заполнении полости под бурильным снарядом. После этого производили разряд. Затем поднимали буровой снаряд опять на высоту 375 мм одновременно заполняя освобождающийся объем, и все операции повторяли до полного заполнения скважины 12 метров. При этом свая, как и в первом примере, имеет диаметр, значительно превосходящий первоначальный, полученный при бурении.

После набора прочности производились статические испытания изготовленных свай, которые показали несущую способность свай 65 т. Ожидаемая несущая способность свай при изготовлении по существующим методикам 45 т. Это свидетельствует о том, что предлагаемый способ возведения свай позволил увеличить несущую способность свай до 30%.

Эти операции рекомендуется продолжать до прохождения всего слоя грунта, после чего вновь изменяют направление смещения нижнего торца обсадной трубы и разрядника относительно друг друга в скважине и повторяют описанные ранее операции способа, пока не будет полностью изготовлен ствол сваи. В результате изготавливается набивная свая с повышенной несущей способностью и за меньшее время, чем другими известными способами.