способ изготовления в раскатанных скважинах набивных свай из грунто-шлаковой смеси

Формула изобретения

1. Способ изготовления в раскатанных скважинах набивных свай из грунтошлаковой смеси, включающий образование скважины без выемки грунта, заполнение скважины послойно твердеющим материалом с последующим уплотнением каждого слоя, отличающийся тем, что образование цилиндрическо-конической скважины до проектной глубины производят раскаткой путем вытеснения грунта веретенообразным раскатчиком в около скважинное пространство, а затем вначале насыщают забой раскатанной скважины порционно шлаковым щебнем до наступления момента условного равновесия между передаваемым на веретенообразный раскатчик полным продольным усилием и реакцией отпора насыщенного шлаковым щебнем забоя, после чего заполняют ствол раскатанной скважины последовательно: вначале подают в ствол скважины порцию грунта, после порции грунта подают порцию шлакового щебня с уплотнением каждой порции грунтошлаковой смеси по слою шлакового щебня раскаткой при полном продольном усилии на веретенообразный раскатчик, при этом объем порции грунта и шлакового щебня определяют экспериментально до начала производства работ по результатам анализа характеристик местного грунта, при этом цикл повторяют до полного заполнения ствола раскатанной скважины, а устье раскатанной скважины заполняют порцией шлакового щебня с последующим уплотнением раскаткой веретенообразным раскатчиком.

2. Способ изготовления в раскатанных скважинах набивных свай из грунтошлаковой смеси по п.1, отличающийся тем, что при изготовлении свай в мерзлом грунте или насыпных грунтах, имеющих крупные твердые включения диаметром больше диаметра формирующего цилиндра веретенообразного раскатчика, предварительно бурят лидерную скважину диаметром не больше диаметра формирующего цилиндра веретенообразного раскатчика и глубиной не больше проектной глубины скважины, после чего пробуренную скважину раскатывают веретенообразным раскатчиком.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к фундаментостроению, в частности к возведению свайных фундаментов на грунтовых основаниях: насыпных и естественного сложения, обладающих специфическими (просадочными, набухающими, пучинистыми, плывунными, биогенными и другими) свойствами с применением шлаков черной металлургии.

Известен способ строительства набивных свай (1), выбранный в качестве прототипа, включающий образование скважины без выемки грунта и заполнение ее твердеющим материалом, в качестве твердеющего материала используют жесткую сыпучую смесь, которую порционно, послойно подают в скважину, и каждый слой уплотняют.

К недостаткам известного способа можно отнести большую трудоемкость и материалоемкость на единицу несущей способности, необходимость применения относительно дорогостоящих привозных материалов (щебня, цемента), повышенные требования, предъявляемые к качеству материалов, технологии приготовления твердеющей смеси, качеству ее укладки и уплотнения, трудоемкость определения прочностных характеристик в теле сваи, недостаточная степень устранения влияния специфических свойств (просадочных, набухающих, пучинистых, биогенных и других) на несущую способность преобразованных оснований фундаментов. Изготовленные данным способом сваи имеют низкую несущую способность, а вибрационное воздействие негативно сказывается на близко расположенные здания, сооружения и подземные коммуникации.

Задачей изобретения является преобразование строительных свойств и физико-механических характеристик насыпных грунтов и грунтовых оснований естественного сложения, обладающих специфическими (просадочными, набухающими, пучинистыми, плывунными, биогенными и другими) свойствами, имеющих степень влажности не больше 0,7 с применением шлаков черной металлургии и местного (супесчаного, суглинистого или глинистого) грунта.

Это достигается тем, что в способе изготовления набивной сваи, включающем образование скважины без выемки грунта, заполнение скважины послойно твердеющим материалом с последующим уплотнением каждого слоя, согласно изобретению образование цилиндрическо-конической скважины до проектной глубины производят раскаткой, путем вытеснения грунта веретенообразным раскатчиком в околоскважинное пространство, а затем вначале насыщают забой раскатанной скважины порционно шлаковым щебнем до наступления момента условного равновесия между передаваемым на веретенообразный раскатчик полным продольным усилием и реакцией отпора насыщенного шлаковым щебнем забоя, после чего заполняют ствол раскатанной скважины последовательно: вначале порцию грунта, затем порция шлакового щебня, после подачи порции шлакового щебня производят уплотнение порций грунта и шлакового щебня раскаткой при полном продольном усилии на веретенообразный раскатчик, при этом объем порций грунта и шлакового щебня определяют в зависимости от характеристик грунта. Цикл повторяют до полного заполнения ствола скважины. Устье скважины заполняют порцией шлакового щебня с уплотнением раскаткой при полном продольном усилии на веретенообразный раскатчик. При изготовлении сваи в мерзлом грунте или насыпном грунте, имеющем крупные твердые включения, диаметром больше диаметра формирующего цилиндра веретенообразного раскатчика предварительно бурят лидерную скважину диаметром не больше диаметра формирующего цилиндра веретенообразного раскатчика и глубиной не больше проектной глубины скважины, после чего пробуренную скважину раскатывают веретенообразным раскатчиком.

Изготовленные предложенным способом сваи позволяют преобразовать строительные свойства и физико-механические характеристики насыпных грунтов и грунтовых оснований естественного сложения, обладающих просадочными, набухающими, пучинистыми, плывунными, биогенными и другими свойствами, и сформировать в сжимаемой зоне основания фундаментов преобразованного массива с требуемой несущей способностью, превышающей первоначальную (до изготовления набивной сваи из шлаков) в 2,7-3,3 раза и создать под фундаментом грунтошлаковый массив определенной толщины, набирающий прочность во времени.

Набивные сваи, выполняемые в раскатанных скважинах из грунтошлаковых материалов, обладают следующими преимуществами:

- обладают низкой себестоимостью, так как себестоимость шлакового щебня, по сравнению с себестоимостью щебня из природных горных пород, в 2-5 раз ниже;

- применение местного грунта значительно снижает расход шлакового щебня и затраты на устройство свай;

- шлаки черной металлургии подвержены различным видам распада, в том числе и силикатному, который сопровождается увеличением удельного объема в пределах 12%.

Увеличение удельного объема шлака в теле сваи приводит к увеличению плотности материала сваи и плотности грунта околосвайного пространства;

- продукты распада шлакового щебня обладают гидравлической активностью, позволяющей шлаковому заполнению раскатанной скважины, при определенных условиях, набирать прочность во времени;

- находящиеся в составе шлака химические соединения за счет протекания обменных физико-химических реакций с химическими соединениями грунтов способны образовывать устойчивые структурные связи.

Предложенное техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана технологическая последовательность изготовления набивных свай в раскатанных скважинах из шлаков; где поз.1, 2 - раскатка веретенообразным раскатчиком скважины до проектной глубины; поз.3 - засыпка в забой раскатанной скважины порции щебня; поз.4, 5, 6 - насыщение забоя раскатанной скважины порциями шлакового щебня с уплотнением каждой порции раскаткой; поз.7, 8, 9, 10, 11 - показано заполнение ствола скважины порциями грунта и шлакового щебня и уплотнение порций раскаткой; поз.12 - готовая свая. На фиг.2 показано насыщение забоя раскатанной скважины шлаковым щебнем. На фиг.3 - основные параметры раскатанной скважины. На фиг.4 показан рабочий орган веретенообразного раскатчика.

Способ изготовления в раскатанных скважинах набивных свай из грунтошлаковой смеси осуществляют следующим образом.

Вначале специальным веретенообразным раскатчиком (1) раскатывают цилиндрическо-коническую скважину (2) до проектной глубины и при необходимости в зависимости от степени влажности грунта с охлаждением раскатчика водой. Если раскатываемый грунт находится во влажном или насыщенном водой состоянии охлаждение водой не производят. В процессе раскатки скважины грунт не выдают на поверхность, а вкатывают веретенообразным раскатчиком в окружающий массив, образуя уплотненную зону (3). Затем производят насыщение забоя (4) раскатанной скважины (2) порциями шлакового щебня (5) до наступления момента условного равновесия между передаваемым на веретенообразный раскатчик полным продольным усилием и реакцией отпора насыщенного шлаковым щебнем забоя. После этого осуществляют заполнение ствола (6) раскатанной скважины (2) последовательно: за порцией местного грунта подают порцию шлакового щебня с последующим уплотнением обеих порций грунта и шлакового щебня через слой шлакового щебня методом раскатки при полном продольном усилии на веретенообразный раскатчик (1). Заполнение раскатанных скважин осуществляют порциями местного грунта, в котором раскатывают скважину, и шлакового щебня, имеющими определенное объемное соотношение (1:1, 1:2, 2:1) в зависимости от характеристики местного грунта, и определяют экспериментально до начала производства работ. После уплотнения раскаткой в раскатанной скважине (1) образовался слой из грунтошлаковой смеси (9). Цикл повторяют до полного заполнения ствола (6) раскатанной скважины (1). Устье (10) раскатанной скважины (1) заполняют порцией шлакового щебня, которую также уплотняют раскаткой. При изготовлении сваи в мерзлом грунте или насыпном грунте, имеющем крупные твердые включения, диаметром больше диаметра (d) формирующего цилиндра веретенообразного раскатчика предварительно бурят лидерную скважину диаметром не больше диаметра (d) формирующего цилиндра веретенообразного раскатчика и глубиной не больше проектной глубины скважины, после чего пробуренную скважину раскатывают веретенообразным раскатчиком. Лидерная скважина применяется для облегчения проходки раскатчиком мерзлого слоя грунта или насыпного грунта, имеющего крупные твердые включения.

Набивные сваи из шлаков в раскатанных скважинах применяют при следующих инженерно-геологических и гидрогеологических условиях: слабые грунты природного (естественного) сложения, в том числе обладающие специфическими свойствами, а также насыпные имеющие степень влажности не более 0,7, а грунтовые воды должны располагаться ниже или на уровне острия (забоя) раскатанной скважины. Нагрузки на сваи: сжимающие вертикальные и секущие наклонные. Конструктивная схема расположения набивных свай в раскатанных скважинах из грунтошлаковой смеси в плане подошвы фундаментов должна предусматривать применение контурных свай, которые значительно снижают возможность бокового расширения свай от передаваемых на фундамент нагрузок.

Источники информации

1. Патент России №2086733, Кл. Е02D 5/34, 1997 г.