способ сооружения несущего подземного основания

Формула изобретения

1. Способ сооружения несущего подземного основания, включающий установку совокупности несущих свай, отличающийся тем, что в теле установленных свай на одной глубине, соответствующей планируемой глубине сооружаемого несущего основания, размещают электроразрядные промежутки, которые располагают вблизи стенки ствола свай в местах планируемой обработки ствола свай, после чего принудительно организуют электрический разряд в электроразрядных промежутках путем управляемой подачи на электроразрядные промежутки напряжения, превышающего напряжение их пробоя, с образованием вокруг каждой сваи зоны выброса материала сваи с включенными в него частицами уплотненного грунта, при этом параметры свай, расстояние между ними и параметры электроразрядных промежутков выбирают из условия превышения давлением на стенку ствола сваи, возникающим при пробое электроразрядного промежутка, давления деформации грунта в месте планируемой обработки ствола сваи и сближения зон выброса соседних свай с образованием сплошного несущего основания на заданном горизонте.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в стволе сваи размещают отражатель, который выполняют с формой, обеспечивающей отражение ударного фронта давления, возникающего при пробое электроразрядного промежутка, в сторону стенки ствола сваи в зоне планируемой ее обработки.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что расстояния между электроразрядным промежутком, стенкой ствола сваи в зоне планируемой ее обработки и отражателем выбирают из условия возникновения резонансного воздействия на стенку ствола скважины фронта давления, возникшего в результате пробоя электроразрядного промежутка, и фронта давления, отраженного от отражателя и достигшего стенки ствола сваи.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в стволе сваи размещают по меньшей мере один дополнительный электроразрядный промежуток, при этом время электрического разряда в дополнительном электроразрядном промежутке выбирают исходя из условия достижения в месте установки дополнительного электроразрядного промежутка максимума волной давления от ранее произошедшего разряда в основном электроразрядном промежутке.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что выбирают напряжение и емкость зарядной цепи электроразрядного промежутка и его параметры, обеспечивающие величину времени электрогидравлического воздействия на стенку ствола сваи в результате разряда в электроразрядном промежутке, необходимую для возникновения в стволе сваи высокоскоростной быстрозатухающей волны давления.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что его реализуют с образованием по меньшей мере двух сплошных несущих оснований на разных горизонтах.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для усиления и устройства подземных оснований и фундаментов ответственных зданий и сооружений, возводимых на грунтах с низкой несущей способностью.

Для оценки новизны и технического уровня изобретения рассмотрим ряд известных заявителю технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с изобретением признаков, известных из сведений, ставших общедоступными до даты приоритета изобретения.

Известен способ сооружения набивных свай и укрепления их оснований, который включает образование скважины, заполнение скважины щебнем и/или песком, виброуплотнение материала, порцию которого засыпают на дно скважины, опускают в скважину виброштамп и в режиме низкой частоты колебаний 6-15 Гц и высокой амплитуды 3-20 мм осуществляют втрамбовывание щебня и/или песка и уплотнение его по всей высоте и площади, а виброизвлечение виброштампа осуществляют при высокой частоте колебаний 20-45 Гц и малой амплитуде 0,3-1,5 мм. При работе на неустойчивых грунтах перед заполнением скважины сыпучим материалом в нее погружают обсадную трубу, а после заполнения скважины сыпучим материалом производят частичное выглубление обсадной трубы и осуществляют втрамбовывание материала в грунт ниже основания обсадной трубы, затем вновь заглубляют обсадную трубу и при высокой частоте колебаний 20-45 Гц и малой амплитуде 0,3-1,5 мм извлекают виброштамп, опускают в скважину каркас и производят бетонирование, см. патент РФ № 2139975.

Данное решение позволяет повысить несущую способность буронабивных свай.

Известен способ сооружения буронабивных свай в грунте, включающий выполнение на расстоянии друг от друга свай первой очереди и образование частично перекрывающих их в плане свай второй очереди путем выполнения в грунте под соответствующие сваи полостей и заполнения их бетоном, в котором полости под сваи второй очереди выполняют путем образования шпуров и последующего размещения в них и взрывания зарядов взрывчатого вещества, см. а.с. СССР № 1730355.

Известен способ сооружения пакета буронабивных свай для подземных сооружений путем бурения для них секущихся скважин на расстоянии, меньшем их диаметра, с последующим их бетонированием, при этом нечетные сваи выполняют из бетона, а четные дополнительно армируют каркасами из арматуры, при этом диаметр каркаса выполняют на 10-15% меньше диаметра четного столба, см. патент РФ № 2094567.

Основными недостатками вышеописанных способов являются трудоемкость возведения и отсутствие экологической чистоты. Кроме того, при взрыве взрывчатого вещества будут образовываться скважины разного диаметра в зависимости от плотности и водонасыщенности грунта вокруг шпура, что не обеспечивает расчетной несущей способности сооружения.

Известна разрядно-импульсная технология деформации ствола сваи, сущность которой заключается в том, что скважина, заполненная мелкозернистым бетоном или цементным раствором обрабатывается серией высоковольтных электрических разрядов. При этом возникает электрогидравлический эффект, в результате которого формуется тело сваи или корня анкера, цементируется, уплотняется окружающий грунт. Первоначальный диаметр скважины 130 300 мм в результате обработки расчетной серией разрядов может быть увеличен, в зависимости от энергии, подаваемой в скважину, и гидрогеологических условий площадки, более чем в 2 раза. Окружающие грунты уплотняются, снижается пористость в зоне воздействия ударного импульса.

Недостатком разрядно-импульсной технологии является центральное размещение разрядного промежутка в свае, которая эффективна при диаметрах свай до 100 мм, при этом для увеличения несущей способности свай большего диаметра используется технология ЭХО (медленный взрыв), создающая низкочастотные колебания, близкие к собственным частотам колебаний фундаментов зданий.

Известен способ электрогидравлической деформации ствола сваи с помощью электрического разряда, создаваемого в электроразрядном промежутке, размещенном в стволе сваи, который характеризуется тем, что электроразрядный промежуток располагают вблизи стенки ствола сваи в месте планируемой обработки ствола сваи, при этом электрический разряд в электроразрядном промежутке организуют принудительно в нужное время путем управляемой подачи на электроразрядный промежуток напряжения, превышающего напряжение его пробоя, при этом параметры электроразрядного промежутка выбирают из условия превышения давлением на стенку ствола сваи, возникающим при пробое электроразрядного промежутка, давления деформации грунта в месте планируемой обработки ствола сваи, см. заявку на выдачу патента РФ на изобретение № 2011120681.

Недостатком всех известных технологий сооружений подземных несущих оснований является их трудоемкость и недостаточная надежность возведения несущих оснований, в особенности в слабых и водонасыщенных грунтах.

Задачей изобретения является обеспечение возможности сооружения надежного несущего основания для ответственных подземных сооружений, например сооружений метрополитена, возводимых в водонасыщенных грунтах.

Сущность изобретения как технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше обеспечиваемого изобретением технического результата.

Способ сооружения несущего подземного основания, включающий установку совокупности несущих свай, характеризуется тем, что в теле установленных свай на одной глубине, соответствующей планируемой глубине сооружаемого несущего основания, размещают электроразрядные промежутки, которые располагают вблизи стенки ствола свай в местах планируемой обработки ствола свай, после чего принудительно организуют электрический разряд в электроразрядных промежутках путем управляемой подачи на электроразрядные промежутки напряжения, превышающего напряжение их пробоя, с образованием вокруг каждой сваи зоны выброса материала сваи с включенными в него частицами уплотненного грунта, при этом параметры свай, расстояние между ними и параметры электроразрядных промежутков выбирают из условия превышения давлением на стенку ствола сваи, возникающим при пробое электроразрядного промежутка, давления деформации грунта в месте планируемой обработки ствола сваи и сближения зон выброса соседних свай с образованием сплошного несущего основания на заданном горизонте.

Кроме того, изобретение характеризуется рядом факультативных признаков, а именно:

- в столе сваи размещают отражатель, который выполняют с формой, обеспечивающей отражение ударного фронта давления, возникающего при пробое электроразрядного промежутка, в сторону стенки ствола сваи в зоне планируемой ее обработки;

- расстояния между электроразрядным промежутком, стенкой ствола сваи в зоне планируемой ее обработки и отражателем выбирают из условия возникновения резонансного воздействия на стенку ствола скважины фронта давления, возникшего в результате пробоя электроразрядного промежутка, и фронта давления, отраженного от отражателя и достигшего стенки ствола сваи;

- в стволе сваи размещают по меньшей мере один дополнительный электроразрядный промежуток, при этом время электрического разряда в дополнительном электроразрядном промежутке выбирают исходя из условия достижения в месте установки дополнительного электроразрядного промежутка максимума волной давления от ранее произошедшего разряда в основном электроразрядном промежутке;

- выбирают напряжение и емкость зарядной цепи электроразрядного промежутка и его параметры, обеспечивающие величину времени электрогидравлического воздействия на стенку ствола сваи в результате разряда в электроразрядном промежутке, необходимую для возникновения в стволе сваи высокоскоростной быстрозатухающей волны давления;

- вышеописанный способ реализуют с образованием по меньшей мере двух сплошных несущих оснований на разных горизонтах.

Достигаемый при использовании изобретения технический результат заключается в том, что энергия управляемого элекроразряда приводит к деформации стенок стволов всех свай в нужное время и на нужном специально выбираемом горизонте, при этом зоны выбросов материала из соседних свай по меньшей мере соединяются или пересекаются с образованием сплошного несущего основания на заданном горизонте.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором на фиг.1 изображен разрез по месту сооружения несущего основания в водонасыщенных грунтах в двух горизонтах, на фиг.2 - разрез по стволу сваи, в которой размещен электроразрядный промежуток и отражатель, на фиг.3 - схема управляемой подачи напряжения на электроразрядный промежуток.

На чертежах позициями обозначены: сваи 1, водонасыщенный слой грунта 2, уровень несущего горизонта 3, электроразрядные промежутки 4, отражатели 5, управляемый разрядник 6, накопительную емкость 7, зоны выброса 8 материала сваи, подключенные к источнику питания.

Способ реализуют следующим образом.

Сначала производят установку совокупности несущих свай 1 относительно небольшого диаметра, проходя водонасыщенный слой фунта 2 до уровня несущего горизонта 3. В теле установленных свай 1 на одной глубине, соответствующей планируемой глубине сооружаемого несущего основания, размещают электроразрядные промежутки 4. Электрогидравлическую деформацию ствола сваи 1 осуществляют с помощью управляемого электрического разряда, создаваемого в электроразрядном промежутке 4, размещенном в стволе сваи 1. Электроразрядный промежуток 2 располагают в стволе сваи, например, вблизи стенки ствола сваи 1 в месте планируемой обработки ствола между стенкой ствола сваи и отражателем 5. Параметры электроразрядного промежутка 4 выбирают из условия превышения давлением на ствол сваи 1, возникающим при пробое электроразрядного промежутка 4, давления деформации грунта в месте планируемой обработки ствола сваи 1. В результате вокруг каждой сваи 1 образуется зона 8 выброса материала сваи с включенными в него частицами уплотненного грунта. Параметры свай 1, расстояние между ними и параметры электроразрядных промежутков 4 выбирают из условия превышения давлением на стенку ствола сваи, возникающим при пробое электроразрядного промежутка 4, давления деформации грунта в месте планируемой обработки ствола сваи и сближения зон 8 выброса соседних свай с образованием из них сплошного несущего основания на заданном горизонте.

В стволе сваи может быть размещен по меньшей мере один дополнительный электроразрядный промежуток 4. Расстояния между электроразрядным промежутком 4, стволом сваи 1 и отражателем 5 выбирают из условия возникновения резонансного воздействия на ствол 1 скважины фронта давления, возникшего в результате пробоя электроразрядного промежутка 4, и фронта давления, отраженного от отражателя 5 и достигшего стенки ствола сваи. Электрическая схема, реализующая подачу напряжения на электроразрядный промежуток 4, включает управляемый разрядник 6 и накопительную емкость 7, подключенные к источнику питания.

Заявленный способ допускает размещение разрядного промежутка 4 (или нескольких промежутков), как перпендикулярно так и параллельно оси сваи либо под углом, на расстояние от стенки сваи, обеспечивающем требуемую деформацию грунта. Отражатель 5 позволяет перенаправить часть волны идущую к центру сваи и создать резонанс с волной давления, от электроразрядного промежутка 4, которая непосредственно воздействует на стенку ствола 1 сваи.

При размещении в стволе сваи двух и более электроразрядных промежутков 4 появляется возможность формировать фронты нарастания давления и повысить эффективность обработки. Резонансное воздействие на стенку ствола сваи 1 фронта давления, возникшего в результате пробоя электроразрядного промежутка 4, и фронта давления, отраженного от отражателя 5 и достигшего стенки ствола сваи, повышают эффективность технологии. Дополнительные электроразрядные промежутки 4 обеспечивают возможность формирования требуемого профиля ствола сваи. Выбор величины времени электрогидравлического воздействия на стенку ствола сваи 1 в результате разряда в электроразрядном промежутке 5 позволяет организовать в стволе сваи высокоскоростную быстрозатухающую волну давления, которая не приводит к заметным и тем более опасным воздействиям на связанные грунты, находящиеся на расстоянии более 1 м от зоны обработки ствола сваи.

Заявленный способ позволяет образовывать несколько сплошных несущих оснований на разных горизонтах.

Возможность промышленного применения заявленного технического решения подтверждается известными и описанными в заявке средствами и методами, с помощью которых возможно осуществление изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения.