способ возведения комбинированной сваи и ее конструкция

Формула изобретения

1. Способ возведения комбинированной сваи, включающий погружение сборного элемента, создание грунтоцементного элемента, отличающийся тем, что на первом этапе проводят бурение лидерной скважины до проектной отметки глубины расположения несущего слоя грунта буром буровой колонны с установленным в ней инъектором с форсунками, на втором этапе осуществляют подъем буровой колонны с вращением и одновременной подачей струи водоцементного раствора под давлением не менее 30 атм с разрушением структуры грунта и перемешиванием его с цементным раствором, с возможностью регулировки геометрических параметров и высоты расположения грунтоцементного элемента, на третьем этапе после удаления буровой колонны из скважины, до схватывания раствора, по сформированной лидерной скважине погружают сборный элемент с заделкой его в грунтоцементный элемент с последующим набором проектной прочности грунтоцемента.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что геометрические размеры и физико-механические параметры грунтоцементного элемента регулируют изменением скорости подъема и вращения буровой колонны при подаче направленной высоконапорной струи, давления струи, состава водоцементного раствора, высоты расположения инъектора с форсунками в скважине.

3. Комбинированная свая, которая включает сборный элемент и грунтоцементный элемент, расположенный на его острие, отличающаяся тем, что сборный элемент установлен с контактом его боковой поверхности с грунтоцементным элементом, а грунтоцементный элемент выполнен по способу п.1 с использованием струи цементного раствора с давлением не менее 30 атм.

Описание изобретения к патенту

Техническое решение относится к области строительства и предназначено для устройства свайных фундаментов гражданских и промышленных зданий и сооружений в различных грунтовых условиях.

Известен способ возведения буронабивной сваи-инъектора, включающий бурение скважины, установку инъекторной трубы, армирование армокаркасом и бетонирование ствола сваи с последующим нагнетанием укрепляющего раствора через инъекторную трубу. Армирование скважины осуществляют с одновременной установкой армокаркаса с закрепленной в нем инъекторной трубой, бетонируют ствол сваи по всей высоте скважины, а нагнетание укрепляющего раствора производят пульсирующим потоком под нижний конец сваи при незатвердевшем бетоне свайного ствола (RU 2260093 «Способ возведения буронабивной сваи-инъектора», МПК E02D 5/46, опубликовано 27.11.2004).

Недостатками способа являются большой объем арматурных и бетонных работ на строительной площадке, высокая трудоемкость и сложность обеспечения устойчивости стенок скважины в слабых грунтах, нарушение структуры грунта при бурении скважины и, как следствие, снижение несущей способности сваи.

Известен способ усиления свайного фундамента посредством смещения концов свай в противоположных направлениях относительно их первоначального расположения (RU 2301302 «Способ усиления свайного фундамента», МПК E02D 27/08, опубликовано 20.06.2007). Для смещения проводят нагнетание через инъектор закрепляющего раствора в пространство между сваями выше их концов в два этапа при различных давлениях в трубке. На первом этапе раствор нагнетают под давлением в 0,1-0,2 МПа, на втором этапе - под давлением свыше 2 МПа или путем нагнетания закрепляющего или инертного раствора через инъектор с теряемой оболочкой в пространстве между сваями выше их концов для образования цилиндрического или сферического тела, а после частичного твердения раствора инъектор извлекают из грунта.

Недостатком этого способа является возможность его применения только при усилении существующего фундамента при близком или групповом расположении свай в кусте, невозможность проконтролировать отклонения сваи и, как следствие, спрогнозировать прирост несущей способности, наличие двух этапов нагнетания раствора при низком рабочем давлении, что приводит к снижению эффекта усиления.

Наиболее близким решением к предлагаемому является способ возведения комбинированной сваи и конструкция комбинированной сваи RU 2188906 «Фундамент для слабых и водонасыщенных оснований», МПК E02D 27/34, опубликовано 10.09.2002. В соответствии с ним проводят погружение сваи (сборного элемента) подмывом с использованием трубки, установленной параллельно свае, и устройство утолщения на ее нижнем конце путем подачи цементного раствора через эту же трубку. На поверхность грунта укладывают плиту с отверстием в центре для пропуска сваи (сборного элемента) для ее упора на плиту через металлическую консоль, скрепленную (приваренную) с закладными сваи. Такая свая с утолщением из грунтоцемента на ее нижнем конце является комбинированной.

Недостатком этого решения является подача раствора через трубку, что не позволяет обеспечить заданную форму и размеры сечения грунтоцементного элемента. В результате этого комбинированная свая обладает меньшей несущей способностью по грунту, а по телу сваи (сборного элемента) используется неполностью.

Задачей является повышение несущей способности комбинированного свайного фундамента путем более полного использования прочности материала тела сборного элемента, грунта из-за устройства у его нижнего конца грунтоцементного элемента с обеспечением большей площади взаимодействия сборного элемента с грунтоцементным элементом. При этом под термином «сборный элемент» понимается элемент из любого материала, отдельно изготовленный не в рабочем положении, погружаемый в толщу грунта любым способом.

Другой задачей является возможность регулирования размеров поперечного сечения и высоты грунтоцементного элемента, глубины погружения сборного элемента в грунтоцементный элемент в зависимости от вида и характеристик грунтов.

Задача решается способом возведения комбинированной сваи, включающим погружение сборного элемента, создание грунтоцементного элемента. Отличием предложенного способа возведения комбинированной сваи от прототипа является следующее. На первом этапе проводят бурение лидерной скважины до проектной отметки с использованием бура буровой колонны с установленными на ней форсунками инъектора. На втором этапе осуществляют подъем буровой колонны с вращением и одновременной подачей струи водоцементного раствора под давлением не менее 30 атм, с разрушением структуры грунта и перемешиванием его с цементным раствором. При этом в зависимости от скорости подъема и вращения буровой колонны при подаче направленной высоконапорной струи, давления струи, состава водоцементного раствора регулируют геометрические размеры и физико-механические параметры грунтоцементного элемента. На третьем этапе сразу после прекращения подачи водоцементного раствора и удаления буровой колонны из скважины до схватывания раствора по сформированной лидерной скважине погружают сборный элемент с заделкой его в грунтоцементый элемент до контакта его боковой поверхности с грунтоцементным элементом. После набора проектной прочности грунтоцемента сформированная комбинированная свая может рассматриваться как единая конструкция.

Задача решается также конструкцией комбинированной сваи, которая включает сборный элемент и грунтоцементный элемент, расположенный на его острие. Отличием предлагаемой конструкции комбинированной сваи от прототипа является расположение сборного элемента с контактом его боковой поверхности с грунтоцементным элементом.

На чертеже показана конструкция комбинированной сваи, где буквой L обозначена глубина расположения несущего слоя грунта, L ₁ - расстояние от поверхности земли до грунтоцементного элемента, L₂ - высота грунтоцементного элемента, L ₃ - глубина погружения сборного элемента в грунтоцементный элемент, a - один из геометрических параметров сборного элемента. Разной штриховкой обозначены разные слои грунтов.

Конструкция комбинированной сваи включает грунтоцементный элемент 1 и сборный элемент 2. Грунтоцементный элемент 1 сформирован в несущем слое грунта 3, расположенного на подстилающем слое 4.

Описанная технология возведения комбинированной сваи позволяет формировать грунтоцементный элемент с необходимыми геометрическими и физико-механическими параметрами. Сечение сборного элемента, как правило, не превышает 400×400 мм, при этом площадь его сечения составит всего 0,16 м². В соответствии с СП 50-102-2003 «Проектирование и устройство свайных фундаментов» за площадь опирания сваи на грунт принимается площадь поперечного сечения грунтоцементного элемента. Возможность увеличения площади поперечного сечения грунтоцементного элемента при его устройстве позволяет увеличить площадь опирания комбинированной сваи на грунт. Так, использование технологии струйной цементации позволяет создавать грунтоцементные элементы диаметром до 1,8 м, при этом площадь опоры на грунт составит 2,54 м², что увеличит несущую способность комбинированной сваи. Благодаря погружению сборного элемента в несхватившийся грунтоцементный элемент образуется единая конструкция, которая обеспечивает совместную работу всех ее элементов, при этом усилие от сборного элемента передается на грунтоцементный элемент не только через острие, но и через боковую поверхность их контакта.

Использование лидерной скважины для погружения сборного элемента до схватывания грунтоцементного элемента позволяет уменьшить трудозатраты, исключаются трудности при прохождении погружаемого сборного элемента через линзы песчаных и полускальных грунтов. Под действием значительного рабочего давления нагнетания раствора грунт будет изменять свою структуру, уплотняться, улучшая свои физико-механические характеристики.

В результате цементации создается новый усиленный инженерно-геологический элемент 3, который можно рассматривать как условную фундаментную плиту из скального/полускального грунта под острием сборных элементов, равномерно передающую давление на подстилающий слой 4.

Увеличение несущей способности сваи по грунту, по сборному и грунтоцементному элементу позволяет уменьшить количество комбинированных свай, упростить конструкцию и уменьшить размеры ростверка.

Возможность точного погружения сборного элемента до проектной отметки исключает необходимость срубки и вывоза оголовков со строительной площадки при шарнирном сопряжении свай с ростверком.