Способ установки свай в вечномерзлые грунты

 

Сущность изобретения: в способе скважину заполняют сыпучим грунтом на высоту, которую определяют по приведенной зависимости. Затем в эту скважину устанавливают плоскопрофилированный ствол сваи, который вдавливают в уложенный слой грунта под действием собственного веса. После чего заполняют пазухи тем же грунтом допогружают сваю до расчетного отказа. 2 ил.

Изобретение относится к строительству, а именно к способам возведения свайных фундаментов в вечномерзлых грунтах при строительстве по принципу сохранения грунтов основания в вечномерзлом состоянии в течение всего срока эксплуатации сооружения. Цель изобретения повышение несущей способности по грунту, снижение материалоемкости и трудоемкости возведения и сокращение сроков строительства за счет ликвидации технологического перерыва между временем установки сваи и ее нагружением. Поставленная цель достигается тем, что в способе установки свай в вечномерзлые грунты, включающем образование скважины, заполнение ее на часть высоты сыпучим материалом и установку ствола сваи, скважину заполняют сухим сыпучим грунтом на высоту Н и устанавливают плоскопрофилированный ствол, наибольший размер поперечного сечения которого составляет 0,7-0,8 диаметра скважины, причем после вдавливания ствола в сухой сыпучий грунт под действием собственного веса производят заполнение пазух между стенками скважины и стволом сваи тем же сыпучим грунтом, после чего осуществляют допогружение сваи до расчетного отказа, при этом высоту Н определяют зависимостью где ΔV объем допогружаемой части сваи при добивке ее до расчетного отказа ΔV=d²h. F площадь поперечного сечения скважины; n_max, n_min максимальная и минимальная пористости засыпаемого грунта; d поперечный размер головы гладкой части ствола; h задаваемая величина осадки ствола при его допогружении. На фиг. 1 изображен фрагмент скважины с установленным в ней стволом сваи, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг.1. П р и м е р. В пробуренную в вечномерзлом грунте скважину 1 диаметром, составляющим 1,15-1,20 размера наибольшего (верхнего) профильного уширения 2 ствола 3 сваи, засыпают порцию сухого сыпучего грунта (песок, гравий, щебень) на высоту Н, определяемую зависимостью где Δ V объем допогружаемой части сваи при добивке ее до расчетного отказа, м³; ΔV=d²h; F площадь сечения скважины, в м², n_max-n_min максимальная и минимальная пористости засыпаемого грунта;
d поперечный размер головы гладкой части ствола, м;
h задаваемая величина осадки ствола при его допогружении, м. Затем в скважину вставляют воронку-бункер (не показано), объем которого равен объему пространства, остающегося а скважине за вычетом грунта, уложенного на дно скважины, и объема сваи в промежутке от поверхности грунта до отсыпанного слоя на дно. В скважину краном (не показан) опускают плоскопрофилированный ствол 3 сваи, наибольший размер поперечного сечения которого составляет (0,7-0,8) D_с, где D_с диаметр скважины. После его вдавливания под собственным весом на некоторую глубину в ранее отсыпанный слой, сваю фиксируют краном в вертикальном положении. Через воронку-бункер в скважину подают сыпучий грунт, который заполняет пространство между стенками скважины и стволом сваи, затем любым cвaeпoгpyзочным механизмом (не показан) (для талых грунтов вибропогружатель, свайный молот, установка статического вдавливания свай) сваю допогружают в сыпучий грунт засыпки. Контролем прелом допогружения является отказ сваи, задаваемый величиной передаваемой на нее расчетной нагрузки. После допогружения на сваю могут немедленно прикладывать полезную нагрузку, которая по величине будет сопоставима с несущей способностью сваи по материалу, что не может быть достигнуто при буроопускном способе установки сваи. В связи с тем, что профилированный ствол сваи предстявляет собой клин по наружному профилю и состоит из набора вторичных клиньев по высоте профильной части сваи, то при допогружении происходит раздвижка сваей в стороны верхнего слоя грунта, уложенного на дно, и внедрение в него острия с одновременным уплотнением до n_min всего отсыпанного слоя. Вторичными клиньями профильной части сваи раздвигается и уплотняется засыпка по высоте скважины. Уплотнение засыпки происходит до наступления равновесия между нагрузкой на сваю, распределяющейся по нижним поверхностям вторичных клиньев к острию, и отпором мерзлого грунта стенок скважины и днища. После допогружения сваи образуется очень плотный контакт сваи с сыпучим материалом засыпки, и этого материала со стенками и дном скважины. Как показал эксперимент, величина допогружения составила, в конкретном случае, около 20 см (19,8). Следовательно, такое допогружение может быть выполнено несколькими ударами свайного молота (до 10 ударов) или коротким включением вибропогружателя (до 1 мин). Данные свидетельствуют о том, что при задавливании сваи статической нагрузкой на 19,8 cм произведено ее допогружение, обеспечившее надежность контакта сваи с сыпучим грунтом засыпки, а через нее и с вечномерзлым грунтом основания без вмораживания. Достигнутая при задавливании нагрузка 1200 кН равна предельной несущей способности сваи сечением 30 х 30 см по материалу. Осадка сваи до этой нагрузки стабилизировалась, а, следовательно, оказывается еще не предельной по грунту. Однако, нагрузка в 1,7 раза превосходит проектную расчетную нагрузку на сваю сечением 40 х 40 см при глубине погружения равной всего 4,0 м (вместо 10 м по проекту для сваи 40 х 40 см). Фактическая глубина заделки опытной сваи ППТ5-30 в мерзлый грунт составила 2,5 м вместо 7,2 м по проекту (для сваи сечением 40 х 40). Глубина бурения скважины для опытной сваи составила 5,0 м, для проектной 10,0 м. Если привести обе сваи к одинаковой расчетной глубине оттаивания 2,8 м, то глубина погружения опытной сваи, устанавливаемой по заявляемому способу, должна составить 5,8 м, а глубина бурения скважины для нее должна быть равной 6,8 м. Следовательно, контакт сваи с основанием при заявляемом способе установки в вечномерзлый грунт оказывается более надежным по сравнению с традиционным вмораживанием, а приложение проектной нагрузки может осуществляться немедленно вслед за допогружением. При этом стабилизированные осадки сваи на ступенях по мере общего роста нагрузки не увеличиваются, а уменьшаются, что свидетельствует о наличии резерва несущей способности сваи вплоть до исчерпания несущей способности всего массива мерзлого грунта, т.е. обычно наблюдаемого срыва сваи при предельной нагрузке не происходит.

Формула изобретения

Способ установки свай в вечномерзлые грунты, включающий образование скважины, заполнение ее на часть высоты сыпучим материалом и установку ствола сваи, отличающийся тем, что, с целью повышения несущей способности по грунту, снижения материалоемкости и трудоемкости возведения и сокращения сроков строительства за счет ликвидации технологического перерыва между временем установки сваи и ее нагружением, скважину заполняют сухим сыпучим грунтом на высоту Н и устанавливают плоскопрофилированный ствол, наибольший размер поперечного сечения которого составляет 0,7-0,8 диаметра скважины, причем после вдавливания ствола в сухой сыпучий грунт под действием собственного веса производят заполнение пазух между стенками скважины и стволом тем же сухим сыпучим грунтом, после чего осуществляют допогружение ствола до расчетного отказа, при этом высоту Н определяют по формуле

где ΔV - объем допогружаемой части ствола при добивке его до расчетного отказа (ΔV = d²h);
F площадь поперечного сечения скважины;
n_max, n_min максимальная и минимальная пористости засыпаемого грунта;
d поперечный размер головы гладкой части ствола;
h задаваемая величина осадка ствола при eго допогружении.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2