Способ возведения грунтоцементной сваи

 

Изобретение относится к способам закрепления слабых водонасыщенных грунтов, может быть использовано для повышения их несущей способности в области промышленного и гражданского строительства. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в повышении несущей способности сваи при одновременном снижении расхода цемента. Способ возведения грунтоцементной сваи включает погружение одной или нескольких обсадных труб с самораскрывающимся инвентарным башмаком на нижнем конце. Обсадные трубы погружают асимметрично, параллельно оси возводимой грунтоцементной сваи. Перед погружением обсадных труб их суммарная площадь поперечного сечения (в случае одной трубы - площадь поперечного сечения одной трубы) S_т подбирается из соотношения S_т = (0,01-0,5)S_c, где S_c - площадь поперечного сечения возводимой сваи. После погружения одной обсадной трубы до проектной отметки в нее засыпают цемент, а саму обсадную трубу извлекают из грунта. Затем по оси возводимой сваи устанавливают буровой агрегат, снабженный специальным рабочим органом для перемешивания цемента с грунтом, при этом столб цемента находится внутри возводимой сваи. При этом в зависимости от соотношения диаметров обсадной трубы и тела возводимой сваи возможны два основных варианта ее конструкции. 5 ил.

Изобретение относится к способам закрепления слабых водонасыщенных грунтов, может быть использовано для повышения их несущей способности в области промышленного и гражданского строительства.

Известен способ производства известковой сваи в слабых водонасыщенных грунтах. Известковую сваю устраивают следующим образом. В толще водонасыщенного грунта проходят скважину диаметром 32...50 см (если грунты не сохраняют вертикальных откосов скважину проходят с обсадной трубой). Пробуренные скважины заполняют комовой негашеной известью и уплотняют последнюю трамбовкой весом 300...400 кг. Уплотнение грунта происходит при погружении в него трубы с закрытым нижним концом, при трамбовании в скважине извести и за счет взаимодействия извести с грунтом, при котором происходит физико-химическое закрепление грунта. (Абелев М.Ю. Слабые водонасыщенные глинистые грунты как основания сооружений. Стройиздат, М., 1973, с. 161-165).

Недостатком такого способа является сложная технология устройства свай, а также их низкая несущая способность.

Наиболее близким техническим решением к данному по своей сущности и достигаемому результату является способ возведения грунтоцементной сваи, включающий введение в слабый водонасыщенный грунт цемента и его перемешивание с грунтом. (Мотузов Я.Я. и др. Технология изготовления грунтоцементных свай. М. , "Транспортное строительство", 1977, N 10, с. 20...21). Сущность способа состоит в том, что при погружении бурового рабочего органа через отверстия, находящиеся на расстоянии от центра вращения, в грунт подается раствор цементного вяжущего, при вращении рабочего органа происходит перемешивание цементного вяжущего с грунтом, далее происходит твердение и образование грунтоцементной сваи.

Недостатком этого способа является сложная технология устройства свай, включающая оборудование для точного дозирования порошкообразного вяжущего и воды для приготовления суспензии с заданным водоцементным отношением, растворомешалку, растворонасос, водяной насос, расходомеры, сальник-вертлюг и систему шлангов и кранов для нагнетания суспензии и промывки всей установки водой после изготовления каждой сваи.

Сущность заявляемого изобретения выражается совокупностью существенных признаков, достаточных для достижения обеспечиваемого предлагаемым изобретением технического результата, который заключается в повышении несущей способности сваи при одновременном снижении расхода цемента.

Сущность способа возведения грунтоцементной сваи, включающего введение в слабый водонасыщенный грунт цемента и его перемешивание с грунтом, состоит в том, что при погружении бурового рабочего органа через отверстия, находящиеся на расстоянии от центра вращения, в грунт подается раствор цементного вяжущего, при вращении рабочего органа происходит перемешивание цементного вяжущего с грунтом, далее происходит твердение и образование грунтоцементной сваи.

Предложенное техническое решение характеризуется тем, что в слабый водонасыщенный грунт при устройстве грунтоцементной сваи в пределах ее возводимого тела в грунт погружают одну или несколько обсадных труб с теряемым или самораскрывающимся башмаком на погружаемом конце. При этом труба (трубы) располагаются асимметрично, параллельно оси возводимой сваи, а площадь суммарного сечения обсадных труб подбирают из соотношения S_т = (0,01...0,5) S_с, где S_с - площадь сечения грунтоцементной сваи.

После этого в обсадные трубы засыпается цементное вяжущее и они извлекаются из грунта так, что цементное вяжущее остается в грунте.

В грунт с помощью буровой установки погружается рабочий орган, который перемешивает цементное вяжущее с грунтом. За счет гидратации цементного вяжущего поровой водой грунта происходит его затворение, а дальнейшее твердение приводит к образованию грунтоцементной сваи.

Заявленная совокупность существенных признаков находится в причинно-следственной связи к достигаемому результату.

При диаметре трубы d_Tmin < 70 мм затруднена засыпка в трубу цемента.

Соотношение S_Tmin = 0,01 S_с (при одной трубе ее минимальный диаметр соответственно находится из соотношения d_Tmin 0,1 d_с, где d_с - диаметр грунтоцементной сваи) определяет минимальное содержание цемента. При меньшем содержании цемента прочность сопротивления материала грунтоцементной сваи недостаточна для восприятия нагрузок.

При диаметре трубы d_Tmin > 800 мм возникают сложности с ее погружением в грунт с помощью существующего оборудования.

Соотношение S_Tmin = 0,5 S_р (при одной трубе ее максимальный диаметр соответственно находится из соотношения d_Tmin = 0,707 d_с) определяет максимальное содержание цемента в грунте, при большем количестве цемента возведение грунтоцементных свай экономически нецелесообразно.

При погружении нескольких обсадных труб их диаметр составляет не более половины расчетного диаметра сваи, так как иначе введенный в грунт цемент окажется за пределами тела изготовляемой грунтоцементной сваи.

При этом количество обсадных труб определяется предусматриваемым распределением цементного вяжущего в теле сваи и его необходимым количеством.

Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило установить его соответствие критерию "новизна", так как оно не известно из уровня техники.

Предложенный способ возведения грунтоцементной сваи является промышленно применимым с помощью существующих технических средств и соответствует критерию "изобретательский уровень", так как оно явным образом не следует из уровня техники, при этом из последнего не выявлено предписываемых преобразованию характеризуемых отличительных от прототипа существенных признаков, необходимых для достижения указанного технического результата.

Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критериям изобретения.

Других известных технических решений аналогичного назначения с подобными существенными признаками заявителем не обнаружено.

Способ возведения грунтоцементной сваи 1 включает погружение обсадной трубы 2 с самораскрывающимся инвентарным башмаком на нижнем конце (фиг. 1). Обсадные трубы погружают асимметрично, параллельно оси 3 возводимой грунтоцементной сваи. Перед погружением одной обсадной трубы ее диаметр подбирают из соотношения d_т = (0,1...0,707) d_с где d_с - диаметр возводимой сваи.

После погружения одной обсадной трубы 2 до проектной отметки в нее засыпают цемент 4, а саму обсадную трубу извлекают из грунта. Затем по оси возводимой сваи 3 устанавливают буровой агрегат 5, снабженный специальным рабочим органом 6 для перемешивания цемента 4 с грунтом, при этом столб цемента находится внутри возводимой сваи. При этом в зависимости от соотношения диаметров обсадной трубы 2 и тела возводимой сваи 1 возможны два основных варианта ее конструкции (фиг. 2).

В процессе погружения рабочего органа с заданной скоростью при его одновременном вращении происходит разрыхление грунта и перемешивание его с цементом, при этом цементное вяжущее распределяется ближе к периферии сечения сваи, что придает ей значительно большую несущую способность (фиг. 3).

При погружении нескольких обсадных труб до проектной отметки в них засыпают цемент и извлекают из грунта. Столбы цемента остаются в грунте. Затем по оси возводимой сваи устанавливают буровой агрегат, снабженный специальным рабочим органом для перемешивания цемента с грунтом, при этом столбы цемента находятся внутри тела возводимой сваи (фиг. 4).

В процессе погружения рабочего органа с заданной скоростью при его одновременном вращении происходит разрыхление грунта и перемешивание его с цементом, при этом цементное вяжущее распределяется ближе к периферии сечения сваи, что придает ей значительно большую несущую способность (фиг. 5).

Высокая естественная влажность грунта является достаточной для гидратации цемента.

Упрощение технологии устройства грунтоцементной сваи и сокращение времени на ее изготовление достигается за счет исключения из технологического цикла трудоемких процессов изготовления суспензии вяжущего, дозирования ее и синхронизированной подачи к вращающемуся рабочему органу. Отпадает необходимость в применении мокрых процессов и связанного с этим использованием шлангов, вентилей, дозаторов и дорогостоящего оборудования для приготовления цементной суспензии, ее подаче к буровому агрегату. В связи с тем, что при погружении обсадных труб уплотняется окружающий грунт, повышается несущая способность сваи по грунту. Кроме того, снижается расход цемента за счет увеличения его концентрации, связанного с более низким содержанием воды в теле грунтоцементной сваи и устройства ее более рациональной конструкции, так как цементное вяжущее распределяется по наиболее загруженной периферийной части сечения сваи. Современный технический уровень позволяет изготовлять в слабых водонасыщенных грунтах грунтоцементные сваи диаметром до 1,2 м с несущей способностью до 150 тонн.

Формула изобретения

Способ возведения грунтоцементной сваи, включающий погружение обсадной трубы с самораскрывающимся инвентарным башмаком на нижнем конце, засыпку цемента в обсадную трубу с последующим извлечением ее из грунта, перемешивание цемента с грунтом, отличающийся тем, что в пределах тела грунтоцементной сваи асимметрично, параллельно ее оси погружают одну или несколько обсадных труб, а площадь суммарного сечения обсадных труб подбирают из соотношения S_т = (0,01 - 0,5) S_с, где S_с - площадь поперечного сечения грунтоцементной сваи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5