способ устройства армопреобразующих бетонолитных набивных свай с уширениями в слабых водонасыщенных грунтах

Формула изобретения

1. Способ устройства армопреобразующих бетонолитных набивных свай с уширениями в слабых водонасыщенных грунтах включает выполнение цилиндрической скважины путем вращательно-поступательного погружения раскатчика на заданную глубину с вытеснением грунта в околоскважинное пространство с помощью раскатчика и формирование при этом уплотненной зоны околоскважинного пространства, заполнение цилиндрической скважины бетонной смесью, отличающийся тем, что тело армопреобразующей бетонолитной набивной сваи с уширениями выполняют путем погружения цельнометаллического раскатчика, выполненного из конических и цилиндрических сегментов и снабженного продольным бетонолитным каналом и наконечником с бетонолитными отверстиями, на проектную глубину путем его вращения по часовой стрелке и прилагаемого на него вертикального усилия вниз, затем на проектной глубине передают на цельнометаллический раскатчик обратное вращение (против часовой стрелки), наконечник раскатчика поворачивается на 90° и открывает бетонолитные отверстия, через которые бетонная смесь под давлением 7-10 атм попадает в грунт и формирует в подошве сваи бетонное ядро требуемого объема, затем снижают давление подачи бетонной смеси в цельнометаллический раскатчик и одновременно в направлении снизу вверх путем обратного вращения (против часовой стрелки) раскатчика, осуществляют его медленный подъем с постоянной скоростью и одновременной подачей через отверстия в наконечнике в грунт бетонной смеси под давлением 4-7 атм и формируют верхнюю цилиндрическую часть тела сваи, при этом, в случае необходимости формирования дополнительных уширений на заданной глубине, останавливают подъем цельнометаллического раскатчика, вновь подают бетонную смесь под давлением 7-10 атм, формируют уширение требуемого объема, затем снижают давление бетонной смеси до 4-7 атм и с одновременным медленным подъемом с постоянной скоростью цельнометаллического раскатчика формируют цилиндрическую часть армопреобразующей бетонолитной набивной сваи с уширениями, при этом длину сваи определяют по формуле: l_v=l_r+0,5 D_v,

где l_r - проектная глубина погружения цельнометаллического раскатчика; D_v - диаметр бетонного ядра в подошве армопреобразующей бетонолитной набивной сваи, а бетонную смесь используют классом не ниже В7,5 на крупном заполнителе фракции 2-5 мм или 5-10 мм, причем при применении фракции крупного заполнителя 5-10 мм содержание частиц размером 10 мм не должно превышать 30%.

2. Способ устройства армопреобразующих бетонолитных набивных свай с уширениями в слабых водонасыщенных грунтах по п.1, отличающийся тем, что при формировании армопреобразующей бетонолитной набивной сваи с уширениями свежеуложенную смесь армируют арматурными каркасами или стальными профилями.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к фундаментостроению, и может быть использовано для повышения несущей способности слабых водонасыщенных грунтов природного или искусственного сложения путем формирования массива из армопреобразующих бетонолитных набивных свай с уширениями в основании фундаментов армопреобразованных массивов с заданными значениями несущей способности и устройства фундамента.

Известен способ устройства бетонных набивных свай в раскатанных скважинах, выбранный в качестве прототипа (1), включающий образование скважины без выемки грунта, раскатку скважины путем вытеснения грунта в около скважинное пространство с помощью веретенообразного раскатчика, формируя при этом уплотненную зону около скважинного пространства скважины, заполнение раскатанной скважины бетонной смесью после удаления раскатчика из скважины.

К недостаткам известного способа можно отнести невозможность его использования для устройства бетонных армопреобразующих набивных свай с уширениями в основании и на заданных участках тела свай в слабых водонасыщенных грунтах из-за оплывания грунта в процессе раскатки скважины или при извлечении раскатчика из скважины.

Задачей изобретения является создание технологии устройства армопреобразующих бетонолитных набивных свай с уширениями в слабых водонасыщенных грунтах для получения армопреобразованных массивов с заданными значениями несущей способности и устройства фундаментов сооружений.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе устройства армопреобразующих бетонолитных набивных свай в слабых водонасыщенных грунтах включающем выполнение цилиндрической скважины путем вращательно-поступательного погружения раскатчика на заданную глубину с вытеснением грунта в около скважинное пространство с помощью раскатчика и формирование при этом уплотненной зоны около скважинного пространства, заполнение цилиндрической скважины бетонной смесью, согласно изобретению, тело сваи выполняют путем погружения цельнометаллического раскатчика, выполненного из конических и цилиндрических сегментов и снабженного продольным бетонолитным каналом и наконечником с бетонолитными отверстиями, на проектную глубину путем его вращения по часовой стрелке и прилагаемого на него вертикального усилия вниз. Затем на проектной глубине передают на раскатчик обратное вращение (против часовой стрелки), наконечник раскатчика поворачивается на 90° и открывает бетонолитные отверстия, через которые бетонная смесь под давлением 7-10 атм попадает в грунт и формирует в подошве сваи бетонное ядро требуемого объема. После нагнетания в грунт требуемого по проекту объема бетонной смеси, снижают давление подачи смеси в раскатчик и одновременно в направлении снизу-вверх, путем обратного вращения (против часовой стрелки) раскатчика, осуществляют его медленный подъем с постоянной скоростью и одновременной подачей через отверстия в наконечнике в грунт бетонной смеси под давлением 4-7 атм и формируют цилиндрическую часть тела сваи, а затем, в случае необходимости формирования дополнительных уширений на заданной глубине, останавливают подъем цельнометаллического раскатчика, вновь подают бетонную смесь под давлением 7-10 атм, формируют уширение требуемого объема, затем снижают давление бетонной смеси до 4-7 атм и с одновременным медленным подъемом с постоянной скоростью цельнометаллического раскатчика формируют цилиндрическую часть армопреобразующей бетонолитной набивной сваи с уширениями, при этом ее длину определяют по формуле: l _v=l_r+0,5 D , где l_r проектная глубина погружения цельнометаллического раскатчика; D - диаметр бетонного ядра в подошве армопреобразующей бетонолитной набивной сваи, а бетонную смесь используют классом не ниже В7,5 на крупном заполнителе фракции 2-5 мм или 5-10 мм. Причем при применении фракции крупного заполнителя 5-10 мм содержание частиц размером 10 мм не должно превышать 30%.

При передачи на армопреобразующую бетонолитную набивную сваю с уширениями горизонтальных нагрузок, тело сваи армируют арматурными каркасами или стальными профилями.

При погружении цельнометаллического раскатчика в водонасыщенный грунт, получить устойчивую форму скважины очень тяжело. Грунт хоть и вытесняется в окружающий массив, формируя уплотненную зону, но и-за слабых структурных связей уплотненного грунта скважина не может сохранять цилиндрическую форму. Форма скважины сохраняется только на участке расположения цельнометаллического раскатчика, поэтому образование тела сваи производится медленным замещением тела цельнометаллического раскатчика бетонной смесью подаваемой в грунт под давлением через бетонолитные отверстия наконечника цельнометаллического раскатчика.

В зависимости от грунтовых условий формирование уширений в основании и на теле армопреобразующей бетонолитной набивной сваи может достигаться при назначенном в проекте постоянном давлении бетонной смеси, например 6 атм., за счет заданного в проекте фиксированного времени остановки подъема вверх, на заданной глубине и подачи бетонной смеси под давлением.

Предложенное техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана конструктивная схема армопреобразующей бетонолитной набивной сваи с уширениями: а) с уширенной подошвой; б) с уширенной подошвой и уширениями по длине тела сваи; в) с уширенной подошвой и уширениями по длине тела сваи, армированная каркасами или стальными профилями. На фиг.2 представлена технологическая последовательность операций при устройстве армопреобразующей бетонолитной набивной сваи с уширениями в слабых водонасыщенных грунтах.

Способ осуществляют следующим образом.

Вначале цельнометаллический раскатчик 1, выполненный из конических и цилиндрических сегментов и снабженного продольным бетонолитным каналом и наконечником с бетонолитными отверстиями погружают на проектную глубину (l _r) прямым вращением 2 по часовой стрелке и прилагаемого продольного усилия 4 вниз. При этом происходит частичное вытеснения грунта в около скважинное пространство и формирование зоны (s) с измененной по плотности структурой грунта. Затем приступают к формированию бетонного ядра 6 в подошве сваи путем подачи бетонной смеси 7 в грунт, под давлением 7-10 атм через бетонолитные отверстия наконечника цельнометаллического раскатчика 1 с одновременным обратным его вращением 3 на проектной глубине (l_r). После нагнетания в грунт требуемого по проекту объема бетонной смеси и окончательного формирования в подошве сваи бетонного ядра 6, снижают давление подачи смеси в цельнометаллический раскатчик и одновременно в направлении снизу- вверх, путем обратного вращения (против часовой стрелки) раскатчика, осуществляют его медленный подъем с постоянной скоростью и одновременной подачей через отверстия в наконечнике в грунт бетонной смеси 7 под давлением 4-7 атм и формируют цилиндрическую часть тела сваи. В случае необходимости формирования дополнительных уширений 8 на заданной глубине, останавливают подъем цельнометаллического раскатчика 1, при обратном вращении раскатчика, вновь подают бетонную смесь под давлением 7-10 атм, формируют уширение 8 требуемого объема, затем снижают давление бетонной смеси до 4-7 атм и с одновременным медленным подъемом с постоянной скоростью цельнометаллического раскатчика 1 вновь формируют цилиндрическую часть армопреобразующей бетонолитной набивной сваи с уширениями, при этом ее длину определяют по формуле:

l_v=l_r+0,5 D

где l_r - проектная глубина погружения цельнометаллического раскатчика;

D - диаметр бетонного ядра в подошве армопреобразующей бетонолитной набивной сваи. При необходимости формирования дополнительных уширений 8 на теле сваи цикл повторяют. Таким образом получают готовую армопреобразующую бетонолитную набивную сваю с уширениями 9. Бетонную смесь используют классом не ниже В7,5 на крупном заполнителе фракции 2-5 мм или 5-10 мм. Причем при применении фракции крупного заполнителя 5-10 мм содержание частиц размером 10 мм не должно превышать 30%.

В случае необходимости обеспечения работы армопреобразующей бетонолитной набивной сваи с уширениями 9 на горизонтальные нагрузки, в свежеуложенную бетонную смесь тела сваи вдавливают арматурные каркасы 10 или стальные профили и производят уплотнение бетонной смеси глубинным вибратором. Оформляют оголовок 11 и получают готовую армопреобразующую бетонолитную набивную сваю с уширениями с армированием 12.

Из-за наличия избыточной воды в грунте набор проектой прочности бетонной смеси в сваях происходит медленнее, чем в нормальных условиях. Для ускорения времени набора прочности бетонной смеси используют специальные добавки. Цельнометаллический раскатчик поднимают с заданной расчетной скоростью. Нагружение армопреобразующих бетонолитных набивных свай с уширениями допускается после набора прочности бетонном в верхней части сваи не менее 50% от проектной прочности, а в случае армирования каркасами или стальными профилями - не менее 70% от проектной прочности.

Источники информации

1. Патент России № 2338033, кл. Е02D 5/34, БИ № 31, 2008 г.