способ изготовления буроинъекционной сваи с контролируемым уширением

Формула изобретения

Способ изготовления буроинъекционной сваи с контролируемым уширением, включающий бурение скважины, монтаж арматурного каркаса в виде трубы, инъецирование цементно-песчаного раствора до контролируемого обжатия стенок скважины по всей длине затрубного пространства, отличающийся тем, что арматурный каркас выполняют в виде трубы-инъектора с двумя или тремя зонами инъекционных отверстий и резиновой мембраной-стаканом, закрепленной на ее конце, инъекционные отверстия выполняют диаметром 0,08-0,12d, где d - диаметр скважины, и располагают их в шахматном порядке равномерно во всех зонах, в первой зоне - на расстоянии 4-5d от конца, где закреплена резиновая мембрана-стакан, во второй и третьей - по всей длине трубы-инъектора, инъецирование цементно-песчаного раствора осуществляется при помощи резинового шланга, на нижнем конце которого расположен пакер, а верхний конец соединен с насосной станцией.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к фундаментостроению, в частности к технологии устройства буроинъекционных свай.

Способ включает бурение скважины, монтаж арматурного каркаса в виде трубы, инъецирование цементно-песчаного раствора определенным контролируемым давлением, опрессовку скважины. Новым является то, что арматурный каркас выполняют в виде трубы-инъектора с двумя (или тремя) зонами инъекционных отверстий и резиновой мембраной-стаканом, закрепленной герметично на ее конце.

Известна микросвая фирмы «Soilex» (Швеция), содержащая полую оболочку, инъекционную трубу и расширяющуюся оболочку, закрепленную на нижнем конце инъекционной трубы. Расширяющаяся оболочка представляет собой пачку сложенных определенным образом металлических листов, которая после погружения в грунт расширяется под действием нагнетаемой в нее бетонной смеси, образуя эллиптическое основание сваи с заранее известной площадью сечения. При нагнетании бетонной смеси в расширяющуюся оболочку происходит уплотнение грунта вокруг основания сваи, что придает ей высокую несущую способность. Несущая способность сваи регулируется путем использования расширяющихся оболочек разных типоразмеров. Для восприятия растягивающих напряжений свая может содержать внутри трубы стальной элемент, например стержень периодического профиля (см. копию рекламного проспекта фирмы «Soilex»).

Причина, препятствующая получению требуемого технического результата, заключается в том, что в слабых глинистых грунтах в условиях городской застройки металлическая расширяющаяся оболочка микросваи корродирует с образованием солей металлов, которые повышают агрессивность подземных вод по отношению к железобетонным конструкциям, а также вызывают электрохимическую коррозию металлических элементов, находящихся в грунте. Кроме этого, недостатком микросваи является сложность конструкции расширяющейся оболочки и высокий расход металла на изготовление микросваи.

Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому является микросвая (RU 218904 С1, МПК E02D 5/92, опубл. 10.09.2002), принятая за прототип. Микросвая содержит инъекционную трубу, расширяющуюся оболочку и хомут для крепления оболочки к трубе микросваи. Оболочка выполнена из легко деформируемого водонепроницаемого материала. На нижнем конце трубы микросваи выполнены отверстия для обеспечения более полного заполнения расширяющейся оболочки бетонной смесью. Микросваю погружают в грунт в обсадной трубе в предварительно пробуренную скважину.

Недостатки данной полезной модели следующие: отверстия в инъекционной трубе расположены только на конце трубы в месте расположения расширяющейся оболочки, в результате чего после нагнетания цементно-песчаного раствора между стенками скважины и инъекционной трубой остается зазор, позволяющий ей свободно перемещаться в пределах диаметра скважины, а сама инъекционная труба остается без защитного слоя бетона; в процессе нагнетания цементно-песчаного раствора в расширяющуюся оболочку происходит уплотнение нижних слоев грунтового основания под оболочкой и соответственно разуплотнение верхних слоев над ней, в результате чего возникает опасность упругого отпора грунта, особенно при цикличном изменении внешней нагрузки, возникающем в условиях реконструкции зданий.

Требуемый технический результат предлагаемого изобретения состоит в повышении несущей способности сваи, технологичности ее изготовления и контролируемости рабочих параметров.

Требуемый технический результат предлагаемого изобретения достигается за счет использования резиновой мембраны-стакана, закрепленной на нижнем конце трубы-инъектора. Инъектор представляет собой трубу с двумя или тремя зонами инъекционных отверстий. Первая зона расположена на концевом участке мембраны-стакана, вторая - вне концевой зоны и третья располагается в зоне усиления материала фундамента реконструируемого здания.

Перед нагнетанием цементно-песчаного раствора в трубу-инъектор устанавливают пакер ниже второй (или третьей) зоны инъекционных отверстий. В процессе нагнетания цементно-песчаного раствора в трубу-инъектор резиновая мембрана-стакан растягивается и образует в грунте грушевидное уширение, размеры которого можно изменять путем регулирования (увеличения или уменьшения) объема подачи цементно-песчаного раствора в трубу-инъектор. После образования грушевидного уширения раствор подается во вторую зону расположения инъекционных отверстий для опресовки стенок скважины по всей длине затрубного пространства, а затем в третью зону для усиления материала фундамента реконструируемого здания.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена скважина (2), арматурный каркас в виде трубы-инъектора (3) с двумя (или тремя) зонами инъекционных отверстий, закрепленная на ее конце при помощи хомута (4) резиновая мембрана-стакан (5), а также расположенный в трубе-инъекторе (3) резиновый шланг (6) с пакером (7) на конце и забетонированное затрубное пространство в верхней части скважины (8);

на фиг.2 изображен узел А фиг.1 перед нагнетанием в трубу-инъектор (3) цементно-песчаного раствора;

на фиг.3 изображен узел А фиг.1 в процессе контролируемого нагнетания цементно-песчаного раствора в трубу-инъектор (3);

на фиг.4 изображена растянутая резиновая мембрана-стакан (5) после нагнетания цементно-песчаного раствора в трубу-инъектор (3) с образовавшимся в грунте (1) грушевидным уширением;

на фиг.5 изображен процесс инъецирования цементно-песчаного раствора до контролируемого обжатия стенок скважины по всей длине затрубного пространства с полным заполнением как трубы-инъектора (3), так и всего ствола скважины через инъекционные отверстия в ней;

На фиг.6 - изображен процесс инъецирования цементно-песчаного раствора с третьей зоной расположения инъекционных отверстий для усиления конструкции фундамента реконструируемого здания с одновременной прокачкой всех трещин в усиливаемом фундаменте.

Примерная технологическая последовательность выполнения работ следующая. В грунте (1) бурится скважина (2) как прямо, так и под любым углом на заданную глубину, в которую монтируется арматурный каркас в виде трубы-инъектора (3) с двумя (или тремя) зонами инъекционных отверстий диаметром 0,08-0,12d (где d - диаметр скважины), равномерно расположенными в шахматном порядке по всей длине трубы-инъектора (3) во второй и третьей зоне и на расстоянии 4-5d в первой зоне от конца, где закреплена резиновая мембрана-стакан (4). Для предотвращения обрушения или оплыва стенок скважины бурение и все последующие работы, связанные с изготовлением буроинъекционной сваи с контролируемым уширением, могут производиться под защитой обсадной трубы. Для предотвращения выхода инъецируемого цементно-песчаного раствора из скважины под действующим давлением на верхнем конце осуществляется бетонирование затрубного пространства (8).

В трубу-инъектор (3) подается резиновый шланг (5) на глубину, несколько превышающую расположение второй зоны инъекционных отверстий в стенке трубы-инъектора, на нижнем конце которого расположен пакер (6), а верхний конец соединен с насосной станцией. Далее следует инъецирование цементно-песчаного раствора в трубу-инъектор (3). При поступлении раствора пакер (6) увеличивается в размерах (распирается) и плотно прилегает к стенкам трубы-инъектора (3), не позволяя цементно-песчаному раствору выйти за его пределы. Также в процессе нагнетания цементно-песчаного раствора в трубу-инъектор (3) резиновая мембрана-стакан (4) растягивается и образует в грунте грушевидное уширение, размеры которого можно изменять путем регулирования (увеличения или уменьшения) объема подачи цементно-песчаного раствора в трубу-инъектор (3). После достижения требуемого уширения мембраны-стакана (4) (заданного расчетного давления в манометре насоса) инъецирование цементно-песчаного раствора приостанавливают. Перемещают резиновый шланг (5) с пакером (6) в верхнюю часть трубы-инъектора (3) (во вторую или третью зону расположения инъекционных отверстий) и возобновляют инъецирование цементно-песчаного раствора до контролируемого обжатия стенок скважины по всей длине затрубного пространства с полным заполнением как трубы-инъектора (3), так и всего ствола скважины через инъекционные отверстия в ней.