способ образования буроинъекционной сваи

Формула изобретения

1. Способ образования буроинъекционной сваи, включающий внедрение непрерывного полого шнека в грунт путем ввинчивания на проектную глубину с последующим его извлечением и одновременной подачей через полость бетонной смеси и погружение в бетонную смесь арматурного каркаса, отличающийся тем, что вначале бурят лидерную скважину до проектной глубины полым буровым шнеком с выполненным в его нижней части баровым долотом со сдвижным золотником и встроенными струйными мониторами, с регулируемой скоростью вращения бурового шнека до 60 об./мин по часовой стрелке, затем увеличивают скорость вращения бурового шнека до 120 об./мин, посредством струйных мониторов подают направленными струями расчетное количество водоцементной смеси под давлением не менее 6 МПа и осуществляют возвратно-поступательное движение вращающегося бурового шнека для размыва грунта и создания внизу лидерной скважины уширения из грунтоцементной смеси, при этом амплитуда возвратно-поступательных движений бурового шнека соответствует заданной проектной высоте создаваемого уширения лидерной скважины, а общий объем подаваемой водоцементной смеси в скважину не должен превышать ее полуторакратного размера, затем сдвигают золотник в баровом долоте и, вращая буровой шнек против часовой стрелки со скоростью не более 60 об./мин, осуществляют подъем бурового шнека на величину, равную удвоенному шагу реборды шнека, и только после этого под давлением 0,5 МПа через сдвижной золотник подают мелкозернистую бетонную смесь и одновременно осуществляют возвратно-поступательные движения бурового шнека с амплитудой, равной высоте уширения до момента начала выхода на поверхность мелкозернистой бетонной смеси из устья скважины, затем извлекают буровой шнек без вращения и одновременно подают мелкозернистую бетонную смесь под давлением 0,15 МПа, устанавливают в скважину арматурный каркас, производят опрессовку мелкозернистой бетонной смеси в скважине давлением не ниже 0,15 МПа, при этом объем мелкозернистой бетонной смеси должен превышать объем поданной в скважину водоцементной смеси не менее чем на 10%.

2. Способ образования буроинъекционной сваи по п.1, отличающийся тем, что используют струйные мониторы, которые встраивают в баровое долото таким образом, что проекции продольных осей струйных мониторов на горизонтальную плоскость наклонены к радиусам вписанной окружности барового долота под углом 110-120°, а на вертикальную плоскость под утлом 30° к вертикали.

3. Способ образования буроинъекционной сваи по п.1, отличающийся тем, что направление движения струи, выходящей из встроенных мониторов, совпадает с направлением вращения бурового шнека.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства, преимущественно к технологии сооружения оснований и фундаментов.

Известен способ устройства буроинъекционных свай (1), включающий бурение скважины, установку в скважину арматурного каркаса, заполнение скважины цементным раствором, опрессовку ствола сваи.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ образования буронабивной сваи (2), включающий внедрение непрерывного полого шнека в грунт преимущественно путем ввинчивания на проектную глубину с последующим его извлечением и одновременной подачей через полость бетонной смеси под концевую часть шнека и погружение в бетонную смесь металлического арматурного каркаса. К недостаткам известных способов можно отнести недостаточную несущую способность сваи, получаемой в результате реализации известных способов.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение несущей способности сваи, обеспечение ее надежности и долговечности.

Достигается это тем, что в способе образования буроинъекционной сваи, включающем внедрение непрерывного полого шнека в грунт преимущественно путем ввинчивания его на проектную глубину с последующим его извлечением и одновременной подачей через полость в шнеках бетонной смеси под концевую часть шнека и погружение в бетонную смесь арматурного каркаса, согласно изобретению вначале бурят лидерную скважину до проектной глубины полым герметичным буровым шнеком, снабженным в его нижней части баровым долотом со сдвижным золотником и встроенными струйными мониторами, с регулируемой скоростью вращения бурового шнека до 60 об/мин по часовой стрелке, затем, увеличив скорость вращения бурового шнека до 120 об/мин, посредством встроенных струйных мониторов подают направленными струями водоцементную смесь под заданным высоким давлением не менее 6 МПа, чем размывают грунт и создают внизу уширение лидерной скважины из грунтоцементной смеси за счет вертикального, возвратно-поступательного движения вращающегося бурового шнека, при этом амплитуда возвратно-поступательных движений бурового шнека соответствует заданной проектной высоте создаваемого уширения лидерной скважины, а общий объем подаваемой водоцементной смеси в скважину не должен превышать ее полуторакратного размера, затем открывают сдвижной золотник в баровом долоте и, вращая буровой шнек против часовой стрелки со скоростью не более 60 об/мин, осуществляют подъем бурового шнека на величину, равную двойному шагу реборды шнека, и только после этого под пониженным давлением 0,5 МПа через сдвижной золотник подают мелкозернистый бетон и одновременно осуществляют возвратно-поступательные движения бурового шнека с амплитудой, равной высоте уширения, до момента начала выхода на поверхность мелкозернистого бетона из устья скважины, затем извлекают буровой шнек без вращения и одновременно подают мелкозернистый бетон под давлением 0.15 МПа, устанавливают в скважину арматурный каркас, производят опрессовку мелкозернистого бетона в скважине давлением не ниже 0.15 МПа, при этом объем мелкозернистого бетона должен превышать объем поданной в скважину водоцементной смеси не менее чем на 10%. При этом струйные мониторы размещают между лопастями барового долота, непосредственно за породоразрушающим инструментом и встраивают их таким образом, что проекции продольных осей струйных мониторов на горизонтальную плоскость наклонены к радиусам вписанной окружности барового долота под углом 110-120 градусов, а на вертикальную плоскость под углом 30 градусов к вертикали, а направление движения струи, выходящей из встроенных мониторов, совпадает с направлением вращения бурового шнека.

Выполненная предлагаемым способом свая обладает повышенной несущей способностью, надежностью и долговечностью за счет того, что диаметр нижнего конца сваи превышает диаметр ствола сваи, а значит лобовое сопротивление сваи с уширением превышает таковое для сваи без уширения. Кроме этого, при прорезке сваей в насыпных или просадочных грунтах наличие более тонкого (по сравнению с уширением) ствола сваи ведет к снижению сил негативного трения, а наличие уширения повышает лобовое сопротивление под нижним концом сваи, что в подобных условиях приводит к повышению несущей способности сваи.

Предлагаемый способ образования буроинъекционной сваи с выносом выбуренной породы на поверхность с помощью высоконапорной водоцементной смеси позволяет увеличить диаметр ствола сваи, что приводит к увеличению ее несущей способности и к увеличению защитного слоя бетона, а следовательно, к увеличению долговечности сваи, т.к увеличенный защитный слой бетона предохраняет арматуру от коррозии. Количество водоцементной смеси, подаваемой для размыва уширения скважины, обуславливается объемом, не большим полуторакратного первоначального объема скважины, с тем, что при наиболее часто встречаемых: длине буроинъекционных свай до 20 метров и диаметре свай до 0.25 метра эффективный, с точки зрения увеличения несущей способности сваи, диаметр уширения не должен быть больше 0.4 метра. Встроенные мониторы в баровое долото, а не в колонну шнека позволяют воздействовать высоконапорной струей непосредственно на грунты в забое скважины и образовывать уширение с отсутствием под ним бурового шлама. Кроме того, встроенные мониторы в баровое долото со сдвижным золотником упрощают конструкцию струйной установки и технологию работ, т.к. позволяют применять одну полость и для высоконапорной струи, и для последующей подачи мелкозернистого бетона в сваю. А установка струйных мониторов таким образом, что проекции продольных осей струйных мониторов на горизонтальную плоскость наклонены к радиусам вписанной окружности сдвижного барового долота под углом 110-120 градусов, а на вертикальную плоскость под углом 30 градусов к вертикали позволяет при вращении колонны шнеков производить размыв грунта по конусу, обращенному основанием вниз. Это облегчает размыв грунта и вынос выбуренной породы на поверхность. Кроме этого, направление струи по касательной к горизонтальной проекции долота позволяет усилить энергию вылетающей под давлением струи из водоцементной смеси за счет кинетической энергии центробежного ускорения вращающихся шнеков. Кроме этого, переход между стволом сваи и уширением имеет коническую форму, что позволяет при эксплуатации сваи более эффективно передавать нагрузку от ее ствола на уширение без концентрации напряжений.

Использование вращения бурового шнека против часовой стрелки при подаче мелкозернистого бетона позволяет добавить к давлению нагнетания принудительное давление мелкозернистого бетона за счет его принудительного перемещения вниз при вращении против часовой стрелки (подобно тому, как фарш выдавливается из мясорубки), что приводит к полному заполнению всех полостей в уширении. Наличие зазора между шнеком и стенкой скважины, образовавшегося при выносе водоцементной смеси от размыва уширения, позволяет мелкозернистому бетону вытекать на поверхность под воздействием давления нагнетания и принудительного перемещения его вниз при вращении бурового шнека против часовой стрелки.

Предложенное техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена стадия образования лидерной скважины и уширения буровым шнеком, на фиг.2 - буроинъекционная свая, изготовленная заявленным способом, на фиг.3 - сечение А-А, а на фиг.4 - сечение Б-Б.

Способ образования буроинъекционной сваи осуществляют следующим образом. Вначале бурят лидерную скважину(1) на проектную глубину полым герметичным буровым шнеком (2) с регулируемой скоростью вращения до 60 об/мин. Буровой шнек (2) снабжен в его нижней части баровым долотом (3) со сдвижным золотником (клапаном) и встроенными в его корпус струйными мониторами (4), проекции продольных осей которых на горизонтальную плоскость наклонены к радиусам вписанной окружности сдвижного барового долота под углом 110-120 градусов, а на вертикальную плоскость под углом 30 градусов. Струйные мониторы (4) установлены на сдвижном баровом долоте (3) за породоразрушающим инструментом (5). Затем, увеличив скорость вращения бурового шнека(2) до величины не менее 120 об/мин по направлению движения часовой стрелки, через полость в шнеках в струйные мониторы подают водоцементную смесь при первоначальном высоком давлении не менее 6 МПа и создают таким размывом уширение (6) в нижней части лидерной скважины (1) путем вертикальных возвратно-поступательных движений бурового шнека (2). Общий объем подаваемой водоцементной смеси в одну скважину не должен превышать ее полуторакратного размера. Амплитуда возвратно-поступательных движений бурового шнека (2) должна соответствовать заданной высоте (h) образования уширения в нижней части лидерной скважины (1). За счет размыва грунта направленными вращающимися и перемещаемыми «вниз-вверх» струями водоцементной смеси в нижней части скважины создают полость - уширение (6), заполненное смесью размытого грунта и водоцементной смесью. Подачу водоцементной смеси в мониторы производят до достижения одного из условий: до начала выхода из устья лидерной скважины (1) смеси размытого грунта и водоцементной смеси или до достижения объема подаваемой водоцементной смеси полуторакратного объема лидерной скважины (1). После этого открывают сдвижной золотник на баровом долоте (4) и, вращая буровой шнек (2) против часовой стрелки со скоростью 60 об/мин, осуществляют подъем бурового шнека (2) на величину (1), равную двойному шагу реборды шнека, и подают в полые шнеки мелкозернистый бетон под пониженным давлением 0.5 МПа по сравнению с первоначальным давлением 6 МПа. После открытия золотника, одновременно с подачей мелкозернистого бетона, вновь производят возвратно-поступательные движения буровым шнеком (2) с амплитудой, равной высоте (h) уширения, с одновременным вращением бурового шнека (2) против часовой стрелки со скоростью 60 об/мин до полного замещения и вытеснения на поверхность смеси размытого грунта и водоцементной смеси и начала выхода из устья лидерной скважины (1) чистого мелкозернистого бетона. После этого производят извлечение бурового шнека (2) без его вращения и одновременно подают мелкозернистый бетон под давлением 0,15 МПа и устанавливают в лидерную скважину (1), заполненную мелкозернистым бетоном, арматурный каркас (7) и производят опрессовку мелкозернистого бетона в скважине давлением не ниже 0,15 МПа.

Источники информации

1. Патент России № 2148124, кл. E02D 5/46, 2000.04.27.

2. Патент России № 2127345, кл. E02D 5/36, 1999.03.10.