способ возведения свайного фундамента под большие нагрузки

Формула изобретения

1. Способ возведения свайного фундамента под большие нагрузки, характеризующийся тем, что включает в себя погружение обсадной металлической трубы, формирование кондуктора путем закрепления системы извлекаемых горизонтальных и вертикальных центрирующих гидродомкратов на обсадной металлической трубе, формирование скважины под защитой бентонитового раствора с заглублением в слаботрещиноватые известняки, замену загрязненного бентонитового раствора на свежеприготовленный с удалением бурового шлама со дна скважины, формирование трубно-арматурного каркаса в виде соединения трубной и арматурной частей, установление зонтика-ограничителя уровня заполнения скважины бетонной смесью примерно на границе перехода арматурного каркаса в трубный, вывешивание трубно-арматурного каркаса над кондуктором арматурной частью вниз, вертикальное центрирование и монтаж трубно-арматурного каркаса в скважине с компенсацией эксцентриситета и фиксацией зазоров от стенок и дна скважины при помощи кондуктора, установку внутри каркаса бетонолитной трубы и непрерывное бетонирование трубно-арматурного каркаса и ствола скважины снизу вверх под высоким начальным давлением подачи бетонной смеси с понижением давления при достижении бетонной смесью зонтика-ограничителя, последующее бетонирование с пониженным давлением подачи бетонной смеси и прекращением подачи бетонной смеси при достижении верхнего уровня трубной части трубно-арматурного каркаса, извлечение бетонолитной трубы из скважины, засыпку полости между кондуктором и трубной частью каркаса крупным заполнителем, временную выдержку бетонного монолита и демонтаж кондуктора.

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что обсадная металлическая труба выполнена с наружным диаметром 1500±10 мм и длиной 10-12 м.

3. Способ по п.1, характеризующийся тем, что формирование скважины осуществляют диаметром 1370±10 мм и глубиной 40±2 м с заглублением в слаботрещиноватые известняки не менее 0,5 м.

4. Способ по п.1, характеризующийся тем, что установку трубно-арматурного каркаса осуществляют с фиксацией нижней арматурной части каркаса от смещения в процессе замоноличивания с помощью фиксаторов призабойной части.

5. Способ по п.1, характеризующийся тем, что зонтик-ограничитель установлен на 3÷3,5 м выше границы перехода арматурного каркаса в трубный.

6. Способ по п.1, характеризующийся тем, что бетонирование трубно-арматурного каркаса и ствола скважины осуществляют под начальным давлением подачи бетонной смеси в 50 атм. с понижением давления подачи бетонной смеси до 45 атм. при достижении бетонной смесью зонтика-ограничителя.

7. Способ по п.1, характеризующийся тем, что временную выдержку бетонной смеси осуществляют до набора ею 70% проектной прочности.

8. Способ по п.1, характеризующийся тем, что бетонную смесь выполняют в виде водного раствора бетона и пластификатора.

9. Способ по п.1, характеризующийся тем, что трубная часть арматурно-трубного каркаса выполнена в виде металлической трубы длиной 20±1 м, диаметром 820±10 мм или 720±10 мм.

10. Способ по п.8, характеризующийся тем, что бетонная смесь содержит 95-98 частей водного раствора бетона и 5-2 частей пластификатора.

11. Способ по п.8, характеризующийся тем, что в качестве пластификатора используют модификатор МБ 10-50С или совокупность модификатора МБ 10-50С и кремнийорганической эмульсии КЭ 30-04.

12. Способ по п.8, характеризующийся тем, что для водного раствора бетона используют цемент класса В-30 и щебень (гравийный) фракции 5-10 мм.

13. Способ по п.1, характеризующийся тем, что используют литую бетонную смесь.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству, особенно в стесненных условиях, в частности к элементам и способам монолитного возведения элементов зданий и сооружений, а именно железобетонных свайных фундаментов под большие нагрузки.

Известны колонны с элементами сопряжения в уровнях перекрытия, выполненные с образованием обечайки, а также колонны не только круглого сечения, но и квадратного (Пат. РФ № 2197578, Кл. Е04В 1/18, опубл. 2000г.).

Для колонн произвольного сечения отличительным признаком может служить эквивалентный диаметр - максимальное расстояние от геометрического центра поперечного сечения колонны до кривой второго порядка (окружность, эллипс и др.), описанной вокруг точек контура сечения колонны (Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. - М.: Изд. Физмат литературы, 1962, с.167, 219, 428).

Известна железобетонная опора, содержащая замоноличенный бетонной смесью остов, включающий арматуру и узлы связи (Пат. РФ № 2094575, Кл. Е04С 5/01, Е04В 1/16, опубл. 1991).

Известен способ возведения колонн, включающий установку арматуры каркасов колонн, монтаж арматурных каркасов, установку опалубки и бетонирование элементов каркаса (Заявка РФ № 99118847/03, 2001, Кл. Е04В 1/16).

Известен способ установки опоры фундамента под большие нагрузки (патент РФ № 2229557, Кл. E02D 5/00, опубл. 2004 г.), включающий формирование скважины с подачей бентонита, установку арматурно-трубного каркаса в скважине с фиксацией пропорциональных зазоров от стенок и дна скважины, бетонирование.

Недостаток известного решения состоит в повышенной сложности реализации способа и недостаточная производительность.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа, лишенного указанных недостатков.

Технический результат состоит в упрощении технологии и повышении производительности при установке опоры фундамента под большие нагрузки.

Результат достигается тем, что в способе возведения свайного фундамента под большие нагрузки, включающем в себя погружение обсадной металлической трубы, формирование кондуктора путем закрепления системы извлекаемых горизонтальных и вертикальных центрирующих гидродомкратов на обсадной металлической трубе, формирование скважины под защитой бентонитового раствора с заглублением в слаботрещиноватые известняки, замену загрязненного бентонитового раствора на свежеприготовленный с удалением бурового шлама со дна скважины, формирование трубно-арматурного каркаса в виде соединения трубной и арматурной частей, установление на каркасе зонтика-ограничителя уровня заполнения скважины бетонной смесью примерно на границе перехода арматурного каркаса в трубный, вывешивание трубно-арматурного каркаса над кондуктором арматурной частью вниз, вертикальное центрирование и монтаж трубно-арматурного каркаса в скважине с компенсацией эксцентриситета и фиксацией зазоров от стенок и дна скважины при помощи кондуктора, установку внутри каркаса бетонолитной трубы и непрерывное бетонирование трубно-арматурного каркаса и ствола скважины снизу вверх под высоким начальным давлением подачи бетонной смеси, с понижением давления при достижении бетонной смесью зонтика-ограничителя, последующее бетонирование с пониженным давлением подачи бетонной смеси и прекращением подачи бетонной смеси при достижении верхнего уровня трубной части трубно-арматурного каркаса, извлечение бетонолитной трубы из скважины, засыпку полости между кондуктором и трубной частью каркаса крупным заполнителем, временную выдержку бетонного монолита и демонтаж кондуктора, и тем, что обсадная металлическая труба выполнена с наружным диаметром 1500±10 мм и длиной 10÷12 м, и тем, что формирование скважины осуществляют диаметром 1370±10 мм и глубиной 40±2 м с заглублением в слаботрещиноватые известняки не менее 0,5 м, и тем, что установку трубно-арматурного каркаса осуществляют с фиксацией нижней арматурной части каркаса от смещения в процессе замоноличивания с помощью фиксаторов призабойной части, и тем, что зонтик-ограничитель установлен на 3÷3,5 м выше границы перехода арматурного каркаса в трубный, и тем, что бетонирование трубно-арматурного каркаса и ствола скважины осуществляют под начальным давлением подачи бетонной смеси в 50 атм., с понижением давления подачи бетонной смеси до 45 атм. при достижении бетонной смесью зонтика-ограничителя, и тем, что временную выдержку бетонной смеси осуществляют до набора ею 70% проектной прочности, и тем, что бетонную смесь выполняют в виде водного раствора бетона и пластификатора, и тем, что трубная часть арматурно-трубного каркаса выполнена в виде металлической трубы длиной 20±1 м, диаметром 820±10 мм или 720±10 мм, и тем, что бетонная смесь содержит 95-98 частей водного раствора бетона и 5-2 частей пластификатора, и тем, что в качестве пластификатора используют модификатор МБ 10-50С или совокупность модификатора МБ 10-50С и кремнийорганической эмульсии КЭ 30-04, и тем, что для водного раствора бетона используют цемент класса В-30 и щебень (гравийный) фр. 5-10, и тем, что используют литую бетонную смесь.

Пример выполнения опоры приведен на чертеже (а), где указаны скважина 1, трубно-арматурный каркас 2 с арматурной частью 3 и трубной частью 4, ограничитель 5 уровня заполнения скважины бетонной смесью, кондуктор 6, бетонолитная труба 7.

В части (б) чертежа показана опора без кондуктора и снятой части грунта. Свайная опора фундамента представляет собой железобетонную колонну длиной примерно 40 м, выполненную в виде замоноличенного бетонной смесью трубно-арматурного каркаса. Опора состоит из двух, примерно равных по длине, верхней опорной (трубной) и нижней фундаментной (арматурной) частей. Над границей перехода арматурного каркаса в трубный, примерно на 3÷3,5 м выше, устанавливают зонтик-ограничитель для ограничения уровня бетонной смеси в скважине.

Способ предусматривает бурение скважины, как правило, под защитой бентонитового раствора. Допуск ±100 мм предъявляется для глубины буровой скважины. Поскольку упомянутый допуск в процессе бурения скважины сложно обеспечить, способ возведения может предусматривать выполнение выравнивающей подсыпки зернистым материалом (щебень гравийный или гравий фракции 40-70 мм) на ее дно в случае превышения расчетной глубины скважины более чем на 100 мм и после зачистки дна скважины от осевшего разбуренного грунта или породы. При использовании в процессе бурения бентонитового раствора после завершения бурения скважины выполняется замена отработанного бентонитового раствора на свежеприготовленный.

Количество необходимого для подсыпки зернистого материала определяется расчетным путем после замера глубины пробуренной скважины. Трамбовка зернистого материала подсыпки производится с использованием стандартного навесного бурового оборудования. Затем производится повторный замер глубины скважины и при необходимости повторная подсыпка зернистого материала на дно и его трамбовка.

При реализации заявленного способа погружают обсадную трубу диаметром 1500±10 мм на глубину 10÷12 м. Формируют скважину диаметром 1370±10 мм и глубиной около 40 метров. Формируют кондуктор путем установки в обсадной трубе совокупности горизонтальных и вертикальных гидродомкратов. Заливают в скважину бентонит. Формируют трубно-арматурный каркас путем соединения трубной и арматурной частей и установки зонтика-ограничителя на трубной части каркаса. Погружают трубно-арматурный каркас опоры вертикально в скважину с зазором от дна скважины на величину Р, вертикально центрируют с компенсацией эксцентриситета не более 1:500 и фиксируют верхнюю часть от горизонтальных смещений, вертикально опускают трубно-арматурный каркас на основание скважины. Способ допускает фиксирование нижней части каркаса фиксаторами. Замоноличивают бетоном снизу вверх скважину, нижнюю фундаментную часть опоры и внутреннюю часть опалубки верхней опорной части опоры до зонтика-ограничителя под давлением 50 атм. При достижении бетонной смесью зонтика-ограничителя давление подачи бетонной смеси снижают до 45 атм. и продолжают замоноличивание до верхней границы трубной части трубно-арматурного каркаса.

Установка кондуктора и погружение цельного арматурно-трубного каркаса в скважину осуществляется автомобильным краном с необходимыми для этих целей характеристиками. Погруженный каркас посредством призабойной камеры (не показана) опирается на дно буровой скважины, засыпанное трамбованным зернистым материалом, и фиксаторы (не показаны) врезаются в него. Опорная рама кондуктора временно жестко фиксируется к форшахте. Центрированию каркаса предшествует подъем каркаса вертикальными гидродомкратами кондуктора на величину Р по отношению к верху выравнивающей подсыпки на дне скважины. Призабойная камера при этом "отрывается" от дна скважины на ту же величину и каркас свободно зависает в скважине, занимая вертикальное положение под действием собственной силы тяжести (состояние "отвеса"). Компенсация эксцентриситета проекции геометрической оси и проекции оси центра масс достигается конструкцией трубно-арматурного каркаса. Центрирование каркаса в плане выполняется системой горизонтальных гидродомкратов. Заключительной операцией центрирования является проверка вертикальности цельного арматурного каркаса с помощью инклинометра, устанавливаемого в технологическом трубопроводе (не показан).

Затем выверенный в плане и занимающий положение "отвеса" каркас посредством вертикальных гидродомкратов кондуктора синхронно погружается на дно скважины. Фиксаторы призабойной камеры при этом врезаются в засыпку зернистым материалом на дне скважины, фиксируя таким образом нижнюю часть арматурного каркаса от смещения в процессе замоноличивания.

Замоноличивание опоры производится непрерывно через размещенную внутри каркаса бетонолитную трубу.

При этом бетонную смесь подают через трубопровод под давлением 50 атм. непрерывно до достижения бетонной смесью зонтика-ограничителя уровня. После этого давление подачи бетонной смеси понижают до 45 атм. И продолжают подачу смеси до достижения ею верхнего уровня трубно-арматурного каркаса. Это обеспечит отсутствие парашютного эффекта поднятия всей колонны. Для обеспечения замоноличивания одной операцией используется бетонная смесь, выполненная как совокупность водного раствора бетона и пластификатора. В качестве пластификатора используют модификатор МБ 10-50С или совокупность модификатора МБ 10-50С и кремнийорганической эмульсии КЭ 30-04. В качестве водного раствора бетона используют смесь цемента, песка, гравийного щебня (фракции 5-10) и воды. Использование этой технологии позволяет произвести заполнение в течение полутора-двух часов вместо шести при использовании известных методов. Кроме того, пластичность смеси позволяет получать более равномерную структуру монолита за счет выдавливания примесей вверх и обеспечить большую надежность конструкции. Исследования показали, что использование данного модификатора существенно усиливает прочностные характеристики бетона.

Время затвердевания смеси определяется примерно в 72 часа. За это время степень затвердевания составляет 70%. После затвердевания смеси кондуктор и грунт снимаются с опоры. После полного затвердевания можно вести монтаж оборудования на свайной опоре. Способ возведения обеспечивает точность выполнения буровой железобетонной опоры с отклонением ее оси от вертикали не более 1:500 и ±5 мм - в плане.

После возведения опоры через технологический трубопровод (не показан), торцы которого на время замоноличивания колонны заглушены деревянными или гипсовыми пробками, производится индивидуальная уточняющая геологоразведка в ее основании. Такая дополнительная геологоразведка в дополнение к указанному техническому результату позволяет исключить риск недопустимой осадки колонны из-за несоответствия реальных геологических условий, принятых в проекте, а также принять правильное решение в построечных условиях по необходимости и величине уширения и цементации грунтового основания опоры для гарантии несущей способности при строительстве зданий и сооружений одновременно вверх и вниз ниже нулевой отметки. Совмещение в единой конструкции функций фундаментного элемента и вертикального несущего элемента здания или сооружения и способ возведения опоры повышают точность монтажа, а также обеспечивают универсальность и позволяют одновременно (параллельно) и/или последовательно (в любой последовательности) выполнять работы выше и ниже нулевой земляной отметки.

Проводились работы по установке опор таким методом. Последующие испытания подтвердили высокие технико-экономические показатели метода.

Таким образом, изобретение позволяет упростить технологию установки опоры фундамента под большие нагрузки за счет использования пластичной бетонной смеси и сократить время формирования каркасно-бетонного монолита за счет проведения заливки в одну операцию, что позволяет повысить производительность при выполнении работ. Дополнительный эффект состоит в повышении надежности конструкции за счет равномерности структуры монолита.