способ устройства армопреобразующих бетонолитных набивных свай в слабых водонасыщенных грунтах

Формула изобретения

1. Способ устройства армопреобразующих бетонолитных набивных свай в слабых водонассыщенных грунтах, включающий 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 скважины, заполнение цилиндрической скважины бетонной смесью, отличающийся тем, что тело армопреобразующей бетонолитной набивной 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 вертикального усилия подачи вниз, затем формируют тело армопреобразующей бетонолитной набивной сваи диаметром, равным диаметру цилиндрического сегмента цельнометаллического раскатчика в направлении снизу-вверх (от забоя условной скважины к устью) путем вращения цельнометаллического раскатчика против часовой стрелки, его медленного подъема вверх с заданной расчетной скоростью и одновременной подачей бетонной смеси под давлением 4-7 атм через открывшееся отверстие в наконечнике - в грунт, при этом длину тела цилиндрической армопреобразующей бетонолитной набивной сваи, образованной медленным замещением тела цельнометаллического раскатчика бетонной смесью, определяют по формуле: l_v =l_r+0,5d_v, где d_v - диаметр поперечного сечения тела цилиндрической армопреобразующей бетонолитной набивной сваи, а бетонную смесь используют классом В7,5 на крупном заполнителе фракции 2-5 мм или 5-10 мм, причем при применении фракции крупного заполнителя 5-10 мм содержание в ней частиц размером 10 мм не должно превышать 30%.

2. Способ устройства армопреобразующих бетонолитных набивных свай в слабых водонассыщенных грунтах по п.1, отличающийся тем, что после формирования цилиндрической армопреобразующей бетонолитной набивной сваи в свежеуложенную смесь вдавливают арматурный каркас и производят уплотнение бетонной смеси глубинным вибратором.

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 из армопреобразующих, бетонолитных набивных свай в основании фундаментов армопреобразованных массивов с заданными значениями несущей способности и устройства фундаментов.

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 околоскважинное пространство с помощью веретенообразного раскатчика, формируя при этом уплотненную зону околоскважинного пространства скважины, заполнение цилиндрической скважины бетонной смесью после удаления раскатчика из скважины.

К недостаткам известного способа можно отнести невозможность его использования для возведения бетонных набивных свай в слабых водонасыщенных грунтах из-за оплывания грунта при попытке раскатки скважины.

Задачей изобретения является создание технологии устройства армопреобразующих бетонолитных набивных свай в водонасыщенных грунтах для создания армопреобразованных массивов с заданными значениями несущей способности и устройства фундаментов. Поставленная задача решается за счет того, что в способе устройства армопреобразующих бетонолитных набивных свай в слабых водонассыщенных грунтах, включающем 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 скважины, 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 вертикального усилия подачи вниз, затем формируют тело сваи диаметром (d), равным диаметру цилиндрического сегмента цельнометаллического раскатчика, в направлении снизу-вверх (от забоя условной скважины к устью) путем вращения цельнометаллического раскатчика против часовой стрелки, его медленного подъема вверх с заданной расчетной скоростью и одновременной подачей бетонной смеси под давлением 4-7 атм через открывшиеся отверстие в наконечнике - в грунт, при этом длину тела цилиндрической армопреобразующей бетонолитной набивной сваи, образованной медленным замещением тела цельнометаллического раскатчика бетонной смесью, определяют по формуле: l_v=l_r+0,5d_v , где d_v - диаметр поперечного сечения тела цилиндрической армопреобразующей бетонолитной набивной сваи, а бетонную смесь используют классом В7,5 на крупном заполнителе фракции 2-5 мм или 5-10 мм. Причем при применении фракции крупного заполнителя 5-10 мм содержание в ней частиц размером 10 мм не должно превышать 30%. В случае необходимости обеспечения работы армопреобразующей бетонолитной набивной сваи на горизонтальные нагрузки, после формирования цилиндрической скважины из бетонной смеси класса не ниже В12,5 в свежеуложенную смесь вдавливают арматурный каркас и производят уплотнение бетонной смеси глубинным вибратором.

При погружении цельнометаллического раскатчика в водонасыщенный грунт, получить устойчивую форму скважины очень тяжело. Грунт хоть и вытесняется в окружающий массив, формируя уплотненную зону, но из-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 через наконечник под давлением 4-7 атм по мере подъема цельнометаллического раскатчика вверх с заданной расчетной скоростью. Цилиндрическая форма тела сваи образуется за счет вращения образующей поверхности цельнометаллического раскатчика и выходящей из его наконечника бетонной смеси. Скорость подъема цельнометаллического раскатчика вверх и величина давления подачи бетонной смеси в наконечник раскатчика являются обязательными контролируемыми параметрами, которые оказывают прямое влияние на несущую способность сваи.

Предложенное техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана конструктивная схема несущей армопреобразующей бетонолитной набивной сваи: а) несущая бетонная набивная свая, б) несущая армированная бетонная набивная свая, на фиг.2 - технологическая последовательность операций при устройстве армопреобразующей бетонолитной набивной сваи в слабых водонасыщенных грунтах.

Способ осуществляют следующим образом. Вначале цельнометаллический раскатчик 1, выполненный из конических и цилиндрических сегментов и снабженный продольным бетонолитным каналом и наконечником с бетонолитными отверстиями, погружают на проектную глубину l_r. При этом длину тела армопреобразующей бетонолитной набивной сваи определяют по формуле: l_v=l_r+0,5d_v, где d_v - диаметр поперечного сечения тела армопреобразующей бетонолитной набивной сваи. Погружение цельнометаллического раскатчика 1 производят путем его вращения 2 по часовой стрелке и прилагаемого вертикального усилия подачи 4 вниз. При этом происходит частичное вытеснения грунта и формирование зоны (s) с измененной по плотности структурой грунта. Затем приступают к формированию тела сваи диаметром равным диаметру цилиндрического сегмента цельнометаллического раскатчика цилиндрической части свай d_v=d=0,25÷0,3 м, где d - диаметр цилиндрического сегмента цельнометаллического раскатчика. В связи с тем, что форма скважины сохраняется только на участке расположения цельнометаллического раскатчика 1, образование тела сваи производят обратным вращением 3 цельнометаллического раскатчика 1, медленным его подъемом 5 вверх с заданной расчетной скоростью и одновременной подачей бетонной смеси 6 под заданным давлением 4-7 атм. Бетонирование тела сваи производят в направлении от забоя условной скважины к устью. Бетонную смесь под расчетным давлением через бетонолитные каналы подают к наконечнику. Наконечник поворачиваясь вокруг продольной оси, открывает бетонолитные отверстия и бетонная смесь заполняет пространство в грунте, образующееся по мере подъема цельнометаллического раскатчика 1 замещая его бетонной смесью. В качестве бетонной смеси используют смесь классом В7,5 на крупном заполнителе фракции 2-5 мм или 5-10 мм. Причем при применении фракции крупного заполнителя 5-10 мм содержание в ней частиц размером 10 мм не должно превышать 30%. Из-за наличия избыточной воды в грунте набор проектной прочности бетонной смеси происходит медленнее, чем в нормальных воздушно-влажностных условиях. Для ускорения времени набора прочности бетонной смеси используют специальные добавки.

Цельнометаллический раскатчик 1 поднимают с заданной расчетной скоростью. Оптимальная скорость подъема раскатчика составляет 0,8-1,5 метров в минуту. Таким образом, получают заполненный бетонной смесью ствол цилиндрической скважины, а именно армопреобразующую бетонолитную набивную сваю 7. После формирования цилиндрической сваи из бетонной смеси класса не ниже В7,5 в свежеуложенную бетонную смесь вдавливают арматурный каркас 8 и производят уплотнение бетонной смеси глубинным вибратором. Вместо арматурных каркасов используют также стальные профили и отдельные стержни. Затем приступают к оформлению оголовка сваи 9 и таким образом получают готовую армопреобразующую бетонолитную набивную сваю с армированием 10.

Нагружение армопреобразующих бетонолитных набивных свай допускается после набора прочности бетоном в верхней части сваи не менее 50% от проектной прочности, а в случаи армированных каркасами или стальными профилями бетонолитных свай прочность бетона должна составлять не менее 70% от проектной.

В плане подошвы фундаментов армопреобразующие бетонолитные набивные сваи располагают в виде свайных полей, образующих армопреобразованные массивы требуемых размеров в плане и по глубине.

Источники информации

1. Патент России № 2338033, кл. E02D 5/34, БИ № 31, 2008 г.