Способы сооружения коротких свай из заполнителя

 

Изобретение относится к способам и устройствам, предназначенным для улучшения осуществимости коротких свай из заполнителя. Способ сооружения короткой сваи из заполнителя в основной массе грунта включает формирование полости в грунте, частичное заполнение полости последовательными слоями заполнителя, некоторые из которых уплотняют в последовательном порядке при их введении в полость нагрузку всех слоев, составляющих сваю из заполнителя, после размещения и уплотнения отдельных слоев и после формирования всей сваи и перед размещением конструкции на свае путем приложения нагрузки конструкции сваи, содержащей нагрузочный элемент, на крайний сверху слой для осуществления, по меньшей мере, частично необратимого сжатия сваи и, по меньшей мере, частично необратимой деформации основной массы грунта, примыкающего к свае. Технический результат изобретения состоит в повышении прочности и нагрузочной способности основной массы грунта в непосредственной близости от коротких свай из заполнителя, снижении затрат на сооружение коротких свай, улучшении их конструкции. 5 н. и 27 з.п. ф-лы, 47 ил.

Предпосылки создания изобретения

Настоящее изобретение относится к земляным работам в строительстве, в частности к реализациям коротких свай из заполнителя. Более конкретно это изобретение относится к способам и устройствам, предназначенным для улучшения осуществимости коротких свай из заполнителя, повышения прочности и нагрузочной способности основной массы грунта в непосредственной близости от коротких свай из заполнителя, снижения затрат на сооружение коротких свай из заполнителя, улучшения конструкции коротких свай из заполнителя и использования коротких свай из заполнителя в инженерных применениях, предусматривающих повышение несущей способности за счет противооса-дочных мер, обеспечения сопротивления поперечным нагрузкам, противооползневым мерам и мерам по противодействию выпору грунта путем установки анкерных опор.

Известно повышение нагрузочной способности грунта, которая в противном случае была бы неудовлетворительной, путем формирования коротких свай из заполнителя, например, таких как те, сущность которых раскрыта в патенте США №5249892, объект изобретения которого включен во всей его полноте путем ссылки. Вообще говоря, короткие сваи из заполнителя сооружают на месте путем индивидуального уплотнения тонких слоев бетонной смеси или слоев заполнителя внутри полости, сформированной в грунте. При уплотнении каждого слоя вертикальные силы уплотнения передаются через заполнитель в вертикальном и поперечном направлениях наружу в окружающий грунт. Свая, получаемая в результате создания "пачки" слоев, каждый из которых уплотнен перед формированием следующего слоя и каждый из которых включает элементы заполнителя, не являющиеся когезивными, характеризуется способностью передавать относительно большую часть нагрузки наружу в поперечном направлении в примыкающий, предварительно напряженный грунт. Признано, что короткие сваи из заполнителя привели к перевороту в области гражданского строительства, в частности, потому, что они обеспечивают повышенную несущую способность в грунтовых средах, которые в противном случае сделали бы сооружение адекватных фундаментов дорогим или неосуществимым.

Поскольку короткие сваи из заполнителя являются относительно недавней разработкой, позднее было предпринято множество попыток повышения их осуществимости, уменьшения их стоимости, а также расширения области их применения и/или усовершенствования их конструкции. В настоящем изобретении предложены несколько уникальных новых методов, которые включают новые способы и применение новых устройств, обеспечивающих преимущества повышения осуществимости коротких свай из заполнителя, уменьшения их стоимости, расширение области их применения и/или улучшение их конструкции.

Осуществимость коротких свай из заполнителя в некоторых грунтовых средах ограничивается характеристиками несущей способности основных грунтов. Эти характеристики включают прочность грунта на сдвиг, характеристики сжатия, уплотняемость, плотность и проницаемость для воды или сродство к воде. Например, признано, что, особенно в рыхлых или мягких грунтовых средах, могут возникать нежелательные степени осадки, когда к коротким сваям из заполнителя, сооруженным в соответствии с известными способами, прикладывают несущую нагрузку. Также признано, что, при известных конструкциях коротких свай из заполнителя, очень мягкие субгрунты могут привести к излишним затратам материалов на сооружение, например, к укладке значительного количества заполняющего щебня в нижнюю выпуклую часть короткой сваи из заполнителя во время этапа сооружения, на котором осуществляют тромбование или уплотнение. Эти недостатки создают тенденцию к ограничению осуществимости известных способов сооружения коротких свай из заполнителя. Таким образом, было бы желательно разработать способы, которые создадут тенденцию благотворного влияния на характеристики основных грунтов в отдельности и/или основных грунтов в совокупности с короткими сваями из заполнителя, или улучшения этих характеристик. Также было бы желательно разработать способы сооружения коротких свай из заполнителя, которые создавали бы тенденцию к распространению осуществимости коротких свай из заполнителя на широкий круг составов грунта.

Еще одна проблема, связанная с развитием известных к настоящему времени способов сооружения коротких свай из заполнителя, относится к "пластичным" или "вспучивающимся" грунтовым средам. Эти типы основных масс грунта характеризуются большой вероятностью изменения объема из-за поглощения воды. Такие составы грунта проявляют тенденцию к созданию возможности воздействия нежелательных сил выпора грунта на короткие сваи из заполнителя и на окружающие основные грунты. Силы выпора грунта нежелательны потому, что подпираемые элементы строительных конструкций, такие как фундаментные башмаки, фундаментные сетки, балки и плиты, будут проявлять тенденцию к перемещению вверх, вызывая повреждение конструкций и/или нарушение их внешнего вида. Поэтому было бы желательно разработать способы сооружения коротких свай из заполнителя, которые уменьшают вероятность появления сил выпора грунта в пластичных или вспучивающихся грунтовых средах. Еще одно ограничение, накладываемое на осуществимость известных способов сооружения коротких свай из заполнителя, связано с размываемыми грунтовыми средами (т.е. с грунтами, которые проявляют тенденцию к размыванию, когда подвергаются воздействию достаточного динамического механического напряжения). Как правило, инженерные нормы могут требовать конкретной градации дрены из заполнителя в размываемых грунтовых средах. Существующие конструкции дрен из заполнителя не сооружают путем создания тонких слоев, в результате чего они неэффективны при противоосадочных мерах или мерах по предотвращению размывания грунтов, которые могут быть обусловлены известным способом сооружения коротких конструкций из заполнителя, предусматривающим уплотнение каждого слоя (способ сооружения коротких свай из заполнителя). Поэтому желательно разработать способы сооружения коротких свай из заполнителя, которые обеспечивают возможность удовлетворения требований к градации дрен из заполнителя.

Еще одна проблема, существующая в связи с известными способами сооружения коротких свай из заполнителя, заключается в том, что в мягких или неустойчивых (нестабильных) грунтовых средах полость сваи может проявлять тенденцию к деформации внутрь полости или к иному повреждению при формировании сваи на месте. Поэтому было бы желательно разработать способы сооружения коротких свай из заполнителя, которые уменьшают возможность внесения повреждения в полость сваи во время сооружения сваи.

Еще одна проблема, существующая в связи с известными способами сооружения коротких свай из заполнителя, заключается в том, что ударная нагрузка, обычно прикладываемая для уплотнения каждого слоя при сооружении короткой сваи из заполнителя, может создавать проблемы в зонах, находящихся в непосредственной близости к чувствительным конструкциям (например, более старым зданиям) или подземным объектам, таким как трубы, водопропускные сооружения или коллекторы. Поэтому было бы желательно разработать способы сооружения коротких свай из заполнителя, которые не представляют опасность в плане повреждения близлежащих чувствительных конструкций.

Поскольку короткие сваи из заполнителя желательны, в частности, потому, что они экономичны, желательно разработать способы сооружения, которые уменьшают стоимость коротких свай из заполнителя по сравнению с известными способами сооружения. Также желательно разработать способы сооружения, которые поддерживают целостность основных грунтов, подвергающихся повреждению во время сооружения. И еще, ввиду преимуществ, признанных за известными способами сооружения коротких свай из заполнителя, было бы желательно распространить область применения коротких свай из заполнителя на те области земляных работ в строительстве, которые предусматривают, например, глобальную стабилизацию, обеспечение сопротивления поперечным нагрузкам, противооползневые меры и меры по противодействию силам выпора грунта. И, наконец, было бы желательно разработать способы и устройства для получения данных распределения механических напряжений и других данных о сооружаемых коротких сваях из заполнителя.

Краткое изложение сущности изобретения

Решение вышеупомянутых задач и достижение вышеупомянутых желательных преимуществ реализуется с помощью настоящего изобретения, где предложены несколько новых способов и устройств, которые повышают осуществимость коротких свай из заполнителя, повышают характеристики прочности и несущей способности основной массы грунта в непосредственной близости от коротких свай из заполнителя, уменьшают затраты на сооружение коротких свай из заполнителя, улучшают конструкцию коротких свай из заполнителя и обеспечивают применение коротких свай из заполнителя в инженерных приложениях, предусматривающих противоосадочные меры, повышение несущей способности, обеспечение сопротивления поперечным нагрузкам, противооползневые меры и меры по противодействию силам выпора грунта путем установки анкерных опор.

А. Способы сооружения коротких свай из заполнителя, предназначенные для повышения характеристик грунта

Один аспект настоящего изобретения относится к способам сооружения коротких свай из заполнителя, предназначенным для повышения нагрузочной способности грунта, а также к конструкциям коротких свай из заполнителя, получаемым такими способами. Эти способы включают следующее: 1) способы и устройства для предварительной нагрузки грунтов и коротких свай из заполнителя; 2) способы внесения химических добавок в конструкции коротких свай из заполнителя; 3) способы применения сеточной арматуры в конструкциях коротких свай из заполнителя, а также короткие сваи из заполнителя, сооруженные этими способами. Эти способы делают реализации коротких свай из заполнителя более осуществимыми в грунтовых средах, сложных для строительства.

1. Способы сооружения с использованием предварительной нагрузки или предварительной деформации

а) Предварительная деформация или предварительная нагрузка коротких свай из заполнителя

Короткие сваи из заполнителя являются сжимаемыми. В случае приложения нагрузки они проявляют тенденцию к некоторому выпучиванию, а также к сжатию в вертикальном направлении внутри заполнителя, вследствие чего заполнитель уплотняется. Также имеет место вертикальная деформация, поскольку прилегающий основной грунт деформируется, мобилизуя боковое трение на сопротивление нагрузке посредством сопротивления вертикальному сдвигу. За счет "предварительной деформации" короткой сваи из заполнителя значительная часть возникающей деформации является необратимой и постоянно подавляется. Это происходит вследствие неупругой деформации (уплотнения заполнителя) внутри самой короткой сваи из заполнителя и неупругой предварительной деформации основного грунта, прилегающего к короткой свае из заполнителя и находящегося под ней. Новым эффектом является "увеличение жесткости" сваи, так что в случае возникновения такой же деформации, как возникшая в первый раз, свая оказывается "предварительно деформированной", так что можно прикладывать нагрузку побольше. И наоборот, та же самая кратковременная нагрузка, прикладываемая во второй раз, может привести к меньшей деформации ввиду этого предварительной деформации или предварительной нагрузки, а также увеличения жесткости сваи.

Это доказано в процессе экспериментов с крупногабаритными короткими сваями из заполнителя. На сваях провели некоторое количество испытаний на нагрузку, причем после приложения максимальной требуемой нагрузки ее снимали и прикладывали вторую нагрузку до достижения той же самой величины, какую имела ранее прикладывавшаяся максимальная нагрузка. В некоторых случаях вторую нагрузку прикладывали сразу же после окончания последовательности приложения первой нагрузки. В других случаях вторую нагрузку прикладывали по прохождении периода от одних суток до нескольких суток после первого нагружения. Деформацию измеряли при всех приращениях нагрузки как во время первоначального цикла, так и во время второго цикла, или цикла предварительного нагружения. Как правило, примерно 50% суммарной деформации исключалось, когда прикладывали вторую нагрузку. Дополнительная нагрузка, вызываемая кратковременной деформацией такой же величины, какая была в результате приложения первой максимальной нагрузки, составляла порядка 150% величины первой максимальной нагрузки.

Точно так же можно применять предварительную деформацию путем использования гидравлического домкрата или иного приспособления, а также приложения давления за счет реакции силы тяжести, например, тяжелой единицы оборудования, тяжелого транспортного средства или собственной массы конструкции. Такую нагрузку также можно приложить с помощью специального устройства, вводимого в полость короткой сваи из заполнителя. Это устройство позволяет получить необходимую силу реакции за счет плотного контакта с основными грунтами, прилегающими к полости, и гарантирует приложение поперечной силы к стенкам полости с одновременным обеспечением набора сдвигаемых плит в контакте с грунтом. Эту нагрузку также можно прикладывать посредством динамической силы, например, при управляемом взрыве или падении грузов.

б) Предварительное напряжение и предварительная деформация свай, буронабивных свай-столбов (свай-колонн), "каменных колонн" и других элементов фундаментов

Аналогичное второе или многократное повторное приложение нагрузки тоже будет приводить к предварительной деформации основного грунта и предварительной нагрузке системы "элемент фундамента - основной грунт". В случае относительно несжимаемых материалов, таких как сталь и бетон, в самом элементе не будет значительной неупругой деформации. Однако, внутри прилегающего основного грунта и нижележащего основного грунта такая предварительная нагрузка вызовет неупругую деформацию и предварительную деформацию, что приведет либо к уменьшению будущих деформаций при идентичных нагрузках, либо к допущению повышенных нагрузок, дающих такую же величину кратковременной деформации, как у первоначально возникшей.

Эти взаимосвязи предварительного напряжения и предварительной деформации, упоминавшиеся выше, были доказаны в процессе ряда специальных испытаний нагружением коротких свай из заполнителя с установкой устройств контроля ("доносчиков") для свай, буронабивных свай-столбов и других несжимаемых элементов фундаментов. "Доносчики" (см. №14 ниже) представляют собой стальные плиты и стержневые устройства, размещаемые в нижней части испытываемой сваи для определения величины отклонения, имеющего место под нижней частью сваи. Разность между величиной отклонения в нижней части сваи и величиной отклонения в верхней части сваи равна сжатию внутри сваи после нагрузки. В процессе циклически повторяемого испытания можно показать, что величина суммарного отклонения (отклонения, измеренного в верхней части короткой сваи из заполнителя) превышает величину деформации сжатия сваи, обуславливаемую сжатием самой сваи (равным величине отклонения, измеренного в верхней части сваи, за вычетом измеренной величины). Разность между суммарным отклонением, измеренным в процессе циклически повторяющегося испытания, и деформацией сжатия сваи представляет собой уменьшенное отклонение, которое должно было бы возникнуть, если бы короткая свая из заполнителя была несжимаемой, что, в сущности, характерно для бетона и стали (по сравнению с грунтом). Это показывает, что предварительная деформация и предварительная нагрузка других систем фундаментов приводят к возникновению меньшего вертикального отклонения при такой же кратковременной нагрузке в случае приложения второй нагрузки или что более значительная нагрузка в состоянии дать такую же величину отклонения в случае приложения второй нагрузки. Применение предварительной деформации может быть реализовано путем приложения давления за счет реакции силы тяжести или с помощью специального устройства, и оба эти варианта описаны выше. Эту нагрузку также можно прикладывать посредством динамической силы, например, при управляемом взрыве или падении грузов.

2. Способы сооружения с использованием химических добавок

Химические добавки можно вводить в короткие сваи из заполнителя либо путем смешения с заполнителем, либо путем размещения в виде слоя между слоями заполнителя, либо путем размещения в полости на периферии заполнителя. Эти химические добавки будут реагировать и соединяться и с заполнителем, и с прилегающими основными грунтами. Реакция химических добавок с грунтами, вообще говоря, ясна для большинства химических добавок, которые подлежат применению при этом способе, включая цемент, гашеную известь, негашеную известь и летучую золу (золу-унос). Например, негашеную известь можно добавлять в сваю из заполнителя для повышения прочности на сдвиг и характеристик сжимаемости прилегающих основных грунтов. Конечным результатом является повышение прочности на сдвиг и эффективности армирования системы коротких свай из заполнителя с химическими добавками.

3. Способы сооружения коротких свай из заполнителя с использованием сеточной арматуры или арматуры из геоткани

Геосетки, или синтетическую или металлическую сетку, или геоткань можно использовать, размещая поперечно между слоями заполнителя для увеличения жесткости короткой сваи из заполнителя или вертикально в пределах периметра короткой сваи из заполнителя, для уменьшения выпучивания сваи в очень мягких, сжимаемых основных грунтовых материалах. Применение геосеток, синтетической или металлической сетки, или геоткани внутри коротких свай из заполнителя проявится в действенном и эффективном сопротивлении растяжению, а также проявится в эффективном увеличении сопротивления поперечному сдвигу и в повышении жесткости свай. Геосетки были использованы в экспериментальном испытании на нагрузку модуля коротких свай из заполнителя. Результат показал ограничение выпучивания и поперечного смещения сваи, когда она была обернута геосеткой, размещенной вертикально вдоль периметра короткой сваи из заполнителя.

Б. Способы сооружения коротких свай из заполнителя, предназначенные для расширения осуществимости коротких свай из заполнителя

Еще один аспект настоящего изобретения относится к способам сооружения коротких свай из заполнителя, предназначенным для расширения осуществимости конструкций коротких свай из заполнителя. Эти способы включают в себя: 1) способы сооружения коротких свай из заполнителя с использованием выбираемых градаций заполнителя; 2) способы сооружения коротких свай из заполнителя, предназначенные для уменьшения трения; 3) способы сооружения коротких свай из заполнителя, предназначенные для борьбы с размыванием грунта; 4) безударные способы сооружения коротких свай из заполнителя; и 5) применение песка, грунта, а также материалов, дающих или не дающих усадку конуса, "бетона, уплотняемого катком" или иных местных материалов в конструкциях коротких свай из заполнителя. Эти способы, в которых применяются реализации коротких свай из заполнителя, распространяют осуществимость коротких свай из заполнителя на более широкий диапазон грунтовых сред, чем известные способы.

1. Способы сооружения с использованием выбираемых градаций заполнителя

Настоящее изобретение основано на открытии, сделанном автором изобретения и заключающемся в том, что сооружение короткой сваи из заполнителя максимизирует эффективность, поскольку элемент армирования грунта требует применения различных градаций заполнителя как при использовании ниже уровня воды, так и при сооружении нижней выпуклой части, которая является частью короткой сваи из заполнителя. При формировании "нижней выпуклой части" обычно используют "промытый" или "чистый" щебень, например, щебень максимального размера 25,4-38,1 мм (1-1,5 дюйма), в котором отсутствуют или ограничены до малых процентных долей фракции мелкозернистого песка, ила и глины. Если субгрунты являются очень мягкими, то использование промытого щебня размером 25,4-38,1 мм (1-1,5 дюйма), применявшегося в известных способах для создания нижней выпуклой части, приведет к получению выпуклой части, которая будет находиться слишком глубоко ввиду избыточной энергии трамбования по отношению к несущей способности очень мягких грунтов. В этой ситуации более крупный щебень, например, размером 76,2 или 101,6 мм (3 или 4 дюйма) с отклонением в минус заменяют щебнем диаметром 25,4-38,1 мм (1-1,5 дюйма). Результатом является более короткая выпуклая часть и подавление энергии трамбования более крупным щебнем. Еще одним способом, который можно применить, является смешение щебня двух или более градаций для получения более желательной градации щебня. Примером может быть щебень №57 (с максимальным размером 25,4-38,1 мм (1-1,5 дюйма)), смешанный со щебнем №68. Еще один способ заключается в наслоении щебня разных градаций друг на друга. Начинать реализацию такого способа можно с более крупного щебня, например, диаметром 76,2 или 101,6 (или 152,4) мм (3 или 4 (или 6) дюймов). Через один или несколько слоев этого щебня можно добавить промытый щебень диаметром 25,4-38,1 мм (1-1,5 дюйма). Через один или несколько слоев этого щебня можно добавить щебень основы дорожного покрытия.

2. Способы сооружения коротких свай из заполнителя, предназначенные для уменьшения бокового трения

Короткая свая из заполнителя обычно предназначена для создания как можно более сильного бокового трения с прилегающими основными грунтами, чтобы способствовать сопротивлению силам вертикального сжатия или силам вертикального сдвига. Однако, когда в грунтах высока возможность объемного изменения (такие грунты также известны как "пластичные" или "вспучивающиеся грунты"), активная верхняя зона этих грунтов, которая является зоной, изменяющей объем из-за изменения влагосодержания, проявляет тенденцию к выталкиванию или подъему сваи из заполнителя. Для части сваи, находящейся в этой зоне (а не для находящейся под ней нижней части сваи) предпочтительно нужно уменьшать боковое трение между короткой сваей из заполнителя и основным грунтом. В соответствии с настоящим изобретением это можно осуществить с использованием полимеров, получаемых в космосе ("полимеров космического века"), или бентонита (BENTONITE) или других смазочных материалов. Изобретение также предусматривает использование облицовочных материалов из картона, пластмассы или металла для уменьшения бокового трения в пределах активной зоны.

3. Способы сооружения коротких свай из заполнителя, предназначенные для борьбы с размыванием

Короткие сваи из заполнителя можно сооружать, удовлетворяя требования градации дрены из заполнителя. Их также можно сооружать таким образом, что часть короткой сваи из заполнителя, находящаяся в пределах размываемых грунтов, будет удовлетворять требованиям градации дрены из заполнителя, а другие части, которые соседствуют с зонами, которые не размываются, не должны удовлетворять таким требованиям крупности. Уникальным этот тип дрены из заполнителя делает то, что она представляет собой "дрену из заполнителя" в виде короткой сваи из заполнителя и поэтому удовлетворяет всем требованиям короткой сваи из заполнителя, т.е. сооружена внутри полости, сооружена из гранулированных материалов, размещенных в тонких слоях, и сооружена путем трамбования слоев для их уплотнения и для предварительной деформации и предварительного напряжения примыкающих и нижележащих грунтов.

Применение заданной градации для борьбы с размыванием является известным способом борьбы с размыванием. Однако, до настоящего времени никто не сооружал короткие сваи из заполнителя, создавая тонкие слои заполнителя, уплотняемого в каждом слое, и одновременно удовлетворяя требования к крупности дрены из заполнителя. Такие короткие сваи из заполнителя, играющие роль дрены из заполнителя, будут обладать преимуществом большей прочности их самих, большей прочности основного грунта и меньшей сжимаемости, чем обычные дрены из заполнителя, которые либо вообще не уплотнены, либо уплотнены лишь в толстых слоях (как правило, толщиной 1,83-3,05 м (6-10 футов) или более). Показано, что повышенное уплотнение дрены из заполнителя приводит к получению более эффективных дрен. Это будет обеспечено короткими сваями из заполнителя с градацией, соответствующей дрене из заполнителя.

4. Безударные способы сооружения коротких свай из заполнителя

В известных способах изготовления коротких свай из заполнителя применяются силы динамического удара, создаваемые ударным трамбующим воздействием. Когда либо под землей - и, в частности под землей, - либо на земле и в непосредственной близости от коротких свай из заполнителя находятся чувствительные сооружения или объекты, такие как подземные коллекторы, водопропускные трубы или трубопроводы, старые исторические здания и т.д., можно сооружать статические сваи без вибрационного трамбования или статические сваи с вибрационным трамбованием. Сооружаемые таким образом короткие сваи из заполнителя будут в общем случае не так эффективны при борьбе с осадкой или борьбе с силами выпора грунта или поперечными силами, как короткая свая из заполнителя, сооруженная безударным способом и имеющая такие же диаметр и длину ствола. Вместе с тем этот модифицированный способ будет обеспечивать защиту чувствительных конструкций в непосредственной близости от места сооружения коротких свай из заполнителя. Общая несущая способность такой системы может быть сделана сравнимой с системой коротких свай из заполнителя, сооруженных способами, предусматривающими ударное воздействие, даже если несущая способность в пересчете на квадратный фут плоской площади меньше. Этого можно достичь следующими путями: 1) увеличением количества свай, подпирающих одну и ту же конструкцию; 2) увеличением среднего диаметра каждой сваи; 3) уменьшением толщины слоев сваи; 4) использованием геоткани или сетки или 5) комбинацией этих методов.

Применение источника вибрации ограниченной амплитуды для прикладывающей статическую нагрузку трамбовки или для вала трамбовки в общем случае сделает короткую сваю из заполнителя более жесткой, чем она была бы при одной статической нагрузке, но не такой жесткой, какой она была бы при наличии динамических ударных сил и трамбующего воздействия. Слои можно формировать таким образом, что напряжения, которые являются результатом формирования этих слоев и которые могли бы вызвать повреждение соседних чувствительных конструкций, будут уменьшены по сравнению с напряжениями, получаемыми в результате динамических ударных нагрузок, чтобы не вызывать повреждение соседних чувствительных конструкций.

5. Применение песка, грунта, "бетона, уплотняемого катком" или иных местных материалов при сооружении коротких свай из заполнителя

Помимо щебневого заполнителя в качестве строительных материалов для коротких свай из заполнителя можно использовать песок, химически обработанные грунты или "бетон, уплотняемый катком". Песок или другие грунты можно брать из промышленных источников или они могут залегать на строительной площадке или в соседней зоне. "Бетон, уплотняемый катком", можно приготавливать на месте или привозить на строительную площадку со смесительной установки. При изготовлении короткой сваи из заполнителя по-прежнему выполняют основные этапы, на которых создают полость, уплотняют и предварительно деформируют и/или предварительно вносят механическое напряжение в грунты внизу полости, и сооружают ствол короткой опоры из заполнителя, размещая материалы тонкими слоями и уплотняя их. Разница заключается в том, что эти материалы не обязательно должны быть щебневыми заполнителями. Лабораторные и маломасштабные полевые эксперименты показали, что песок, химически обработанный песок и химически обработанные грунты (илы и глины), а также грунты с химическими включениями, примешанными внутри этих грунтов или расположенными послойно, можно эффективно использовать в качестве строительных материалов для коротких свай из заполнителя. Химическими веществами, которые чаще всего использовались в экспериментах и считаются наиболее практичными для производства коротких свай из заполнителя, являются цемент, гашеная известь, негашеная известь и летучая зола (зола-унос). "Бетон, уплотняемый катком", являющийся имеющим низкое влагосодержание бетоном, дающим или не дающим низкую осадку конуса, ведет себя аналогично грунту, и его можно размещать тонкими слоями, уплотняя их.

В. Способы сооружения коротких свай из заполнителя, предназначенные для уменьшения стоимости коротких свай из заполнителя

Еще один аспект настоящего изобретения относится к способам сооружения коротких свай из заполнителя, предназначенным для уменьшения стоимости коротких свай из заполнителя или улучшения их конструкции. Эти способы включают следующее: 1) способы сооружения коротких свай из заполнителя с использованием слоев переменного диаметра; 2) способы сооружения коротких свай из заполнителя с использованием утилизированных, взаимоблокирующихся бетонных заполнителей; 3) способы сооружения коротких свай из заполнителя с применением кожухов для защиты полости сваи; 4) способы сооружения коротких свай из заполнителя с применением датчиков нагрузки, динамометрических датчиков нагрузки или динамометрических датчиков давления внутри конструкции короткой сваи из заполнителя, рядом с этой конструкцией или под ней. Эти способы обеспечивают уменьшение стоимости или иное улучшение конструкции коротких свай из заполнителя.

1. Способы сооружения коротких свай из заполнителя с использованием слоев переменного диаметра

Известные короткие сваи из заполнителя изготавливали с получением малого диаметра или аналогичной формы прямоугольного поперечного сечения. За счет разработки и сооружения свай с двумя или более диаметрами либо двумя или более площадями прямоугольного поперечного сечения и расположения при этом большего диаметра (больших диаметров) или большей площади поперечного сечения выше будет достигнуто более эффективное использование щебня и энергии трамбования. Известно, что механические напряжения от строительной нагрузки рассеиваются или уменьшаются с глубиной внутри элементов коротких свай из заполнителя. Создавая короткие сваи из заполнителя с меньшими диаметрами (или меньшими площадями прямоугольного поперечного сечения) в нижних частях, можно получить преимущество меньшей величины напряжений и сэкономить время и затраты, связанные со следующим: (1) с материалами заполнителей; (2) с бурением; (3) с усилиями, которые необходимо потратить на трамбование.

2. Способы сооружения коротких свай из заполнителя с применением утилизированного или взаимоблокирующегося бетонного заполнителя

Практикуемой заменой промышленно поставляемого заполнителя при сооружении короткой сваи из заполнителя является применение утилизированного и повторно измельченного бетона. Преимущества этого заключаются в следующем: 1) стоимость утилизированного бетона обычно значительно ниже, чем у вновь изготовленного промышленно поставляемого заполнителя, здесь имеется в виду стоимость тонны материала; 2) кромки утилизированного бетона зачастую являются острыми, и они часто острее, чем соответствующие кромки промышленно поставляемого заполнителя; в частности, это имеет место, когда источником промышленно поставляемого заполнителя является гляциальный или аллювиальный щебень (щебень, перенесенный и отложенный ледниковым или аллювиальным потоком) с несколько закругленными поверхностями; более острые кромки приводят к большему фрикционному сдвигу и более эффективной взаимоблокировке между частицами; это, в свою очередь, приводит к более прочным коротким сваями из заполнителя; 3) еще одно признанное преимущество, обеспечиваемое настоящим изобретением, заключается в том, что химические вещества, содержащиеся в исходном бетоне, обычно включают портланд-цемент и известь, а также сохраняют частичную активность в течение многих лет после использования бетона. Эти химические вещества улучшают заполнитель как за счет формирования связующего вещества или создания цементирующего воздействия внутри самого заполнителя, так и за счет химического соединения с прилегающими грунтами.

3. Способы сооружения коротких свай из заполнителя с применением кожухов для защиты полости сваи

Можно использовать временные кожухи для поддержания полостей свай открытыми во время сооружения короткой сваи из заполнителя. Особым требованием, предъявляемым при использовании кожуха, является то, что кожух должен быть выполнен с возможностью вертикального подъема посредством коротких приращений высоты, по существу, равных толщине слоя размещаемого заполнителя. Это обеспечивает поперечное предварительное напряжение, предварительную деформацию и уплотнение грунта во время уплотнения каждого слоя. Эти поперечное предварительное напряжение и предварительная деформация были бы невозможны, если бы вкладыши из облицовочных материалов не поднимались во время уплотнения каждого слоя. Кроме того, поднятие вкладышей из облицовочных материалов предотвращает содержание в них уплотненных "пробок" заполнителя, которые возникают, если заполнитель уплотняют внутри временных кожухов. Кожух можно поднимать с помощью специального подъемного устройства, такого как кран, вилочный погрузчик, экскаватор или другая единица строительного оборудования.

4. Способы сооружения коротких свай из заполнителя с применением датчиков нагрузки или датчиков давления внутри конструкции сваи

В соответствии с настоящим изобретением можно размещать внутри коротких свай из заполнителя динамометрические датчики или датчики давления для определения уровней механических напряжений на разных глубинах погружения короткой сваи из заполнителя. Эти данные можно использовать для лучшего понимания того, как работают короткие сваи из заполнителя, и надлежащего проектирования несущих способностей свай. Кроме того, можно устанавливать датчики давления внутри частей коротких свай из заполнителя. Эти датчики давления можно активизировать, вызывая продвижения этих датчиков за счет давления и выталкивание их вверх и вниз на частях коротких свай из заполнителя. Это повлечет перемещение или деформацию коротких свай из заполнителя. Измерение этих перемещений обеспечивает информацию, касающуюся жесткости сваи и несущей способности сваи, и эту информацию можно использовать при проектировании сваи. Внутри коротких свай из заполнителя можно подвешивать на растяжках контрольные устройства ("доносчики"), состоящие из нижнего элемента, прикрепленного к вертикальным элементам, для измерения смещений или деформаций, возникающих под этими "доносчиками" во время испытания на нагрузку или во время приложения строительных нагрузок. Это можно использовать для лучшей оценки и лучшего понимания характеристик "нагрузка - деформация" коротких свай из заполнителя.

5. Способы проведения испытаний для проверки характеристик коротких свай из заполнителя

Также в соответствии с настоящим изобретением разработаны способы проведения испытаний для проверки характеристик, таких как жесткость, коротких свай из заполнителя, также известных под названием "ГЕОСВАЯ". В предпочтительном варианте осуществления изобретения на свае предусмотрен элемент, передающий нагрузку (обычно это узел трамбовки), действующий в паре с калиброванным устройством измерения нагрузки или давления, находящимся на свае, для определения величины приложенной нагрузки. На элементе, передающем нагрузку, или в другой точке отсчета, принадлежащей верхушке короткой сваи из заполнителя, предусмотрено устройство измерения отклонения. Когда нагрузку прикладывают через элемент, передающий нагрузку, к верхушке короткой сваи из заполнителя, эту нагрузку измеряют с помощью устройства измерения нагрузки, а отклонение сваи вниз измеряют с помощью устройства измерения отклонения. По результатам измерения нагрузки и отклонения можно рассчитать жесткость сваи.

Уникальные особенности этого признака изобретения позволяют на месте проконтролировать такие характеристики, как модуль жесткости короткой сваи из заполнителя. Изобретение обеспечивает возможность объединить данные измерения отклонения с данными измерения давления и нагрузки для контроля модуля короткой сваи из заполнителя непосредственно после ее сооружения. В случае неадекватной или неприемлемой жесткости эту жесткость можно увеличить путем повторного приложения энергии уплотнения, включая частичное повторное бурение и повторное сооружение сваи. В альтернативном варианте можно учесть неудовлетворительную жесткость сваи при проектировании, а сваю оставить как есть, с меньшей несущей способностью, чем проектная.

Г. Применение коротких свай из заполнителя для обеспечения сопротивления поперечным нагрузкам и в качестве анкерных опор для противодействия силам выпора грунта

В соответствии с еще одним аспектом изобретения короткие сваи из заполнителя находят применение для глобальной стабилизации грунта, обеспечения сопротивления поперечным нагрузкам и противооползневых мер, а также в качестве анкерных опор для противодействия силам выпора грунта.

1. Глобальная стабилизация, обеспечение сопротивления поперечным нагрузкам и противооползневые меры

Полевые испытания на сдвиг внутри коротких свай из заполнителя показали, что прочность на сдвиг внутри коротких свай из заполнителя является необычно высокой, причем углы трения превышают 50 градусов при использовании щебня основы дорожного покрытия и составляют 48 градусов для промытого щебня диаметром 25,4-38,1 мм (1-1,5 дюйма). Эта очень высокая прочность на сдвиг обеспечивает несущую способность коротких свай из заполнителя, позволяющую оказывать сопротивление поперечным силам и оказывать сопротивление силам сдвига. В результате короткая свая из заполнителя очень эффективна при обеспечении глобальной устойчивости (стабилизации) для оказания сопротивления глобальному или внутреннему повреждению вследствие сдвига. Короткие сваи из заполнителя также эффективны при обеспечении сопротивления оползням и воздействиям поперечных нагрузок, например, когда фундаменты, подпираемые короткими сваями из заполнителя, подвергаются воздействию поперечных нагрузок. Коэффициент трения в этом последнем случае, по существу, равен тангенсу угла трения самой сваи из заполнителя. Другим фактором, который вносит вклад в сопротивление поперечным нагрузкам и в глобальную устойчивость (стабилизацию) и тоже обеспечивается короткими сваями из заполнителя, является концентрация механических напряжений, которые возникают внутри свай.

2. Анкерные опоры для противодействия силам выпора грунта

Короткая свая из заполнителя, оснащенная передаточным механизмом ("упряжью") или устройством для передачи нагрузки от низа сваи и структуре, подвергающейся воздействию сил выпора грунта, является очень эффективной опорой для противодействия силам выпора грунта. Этот передаточный механизм или устройство состоит в основном из нижней плиты и ряда плит, прикрепленных к вертикальным стержням или трубкам, передающим силы к фундаментному башмаку, плите или балке, которая должна оказывать сопротивление силам выпора грунта. Короткая свая из заполнителя с ее высоким коэффициентом трения между ней самой и основным грунтом обеспечивает исключительно эффективную анкеровку в пересчете на фут глубины для противодействия силам выпора грунта. Другим фактором, вносящим вклад в эффективное сопротивление силам выпора грунта, оказываемое короткой свае из заполнителя, является концентрация поперечных механических напряжений в грунте, которые возникают во время установки коротких свай из заполнителя. Такие анкерные опоры могут быть постоянными или временными, в зависимости от применения. Проведен ряд экспериментальных испытаний на нагрузку выпора грунта, которые подтверждают высокую способность противодействия силам выпора грунта, обеспечиваемую системой коротких свай из заполнителя, оснащенных механизмами передачи напряжений.

Другие преимущества, новые признаки и дополнительный объем применимости настоящего изобретения будут изложены в нижеследующем подробном описании со ссылкой на прилагаемые чертежи, и, в частности, станут очевидными для специалистов в данной области техники после проверки нижеследующей информации или могут быть изучены путем осуществления изобретения на практике. Преимущества изобретения могут быть реализованы и достигнуты с помощью аппаратных средств и их комбинаций, конкретно описанных в прилагаемой формуле изобретения.

Краткое описание чертежей

Прилагаемые чертежи, вводимые в описание и представляющие собой его часть, иллюстрируют несколько конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения и вместе с описанием служат для пояснения принципов изобретения. Эти чертежи приведены лишь с целью иллюстрации предпочтительного варианта осуществления изобретения и их не следует считать ограничивающими изобретение. На всех чертежах одинаковые позиции относятся к одинаковым частям.

Фиг.1A-1D представляют виды спереди, сверху, сбоку и в сечении устройства для предварительной нагрузки в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.2А-2С иллюстрируют этапы способа предварительной нагрузки коротких свай из заполнителя в соответствии со способом согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.3А-3С иллюстрируют способ внешней предварительной нагрузки в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.4A-4D иллюстрируют способ внесения химических добавок в заполнитель в конфигурации короткой сваи из заполнителя в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.5А-5В иллюстрируют способ обеспечения градации заполнителя в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.6А-6В иллюстрируют способ и устройство для уменьшения трения в конфигурации короткой сваи из 'заполнителя в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.7 иллюстрирует способ сооружения коротких свай из заполнителя для борьбы с размыванием в соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.8А-8В иллюстрируют способ и устройство для применения сеточных вставок с целью увеличения жесткости коротких свай из заполнителя и основных грунтов в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.9А-9В иллюстрируют способ обеспечения слоев переменного диаметра в конструкциях коротких свай из заполнителя и устройство, использующее слои переменного диаметра в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.10A-10D иллюстрируют способ сооружения короткой сваи из заполнителя с использованием временных кожухов в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.11A-11D иллюстрируют способ безударного уплотнения коротких свай из заполнителя в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.12A-12D иллюстрируют способ применения заполнителя в виде утилизированного бетона в реализациях коротких свай из заполнителя в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.13A-13D иллюстрируют способ применения песка, "бетона, уплотняемого катком" и других материалов в слоях реализации коротких свай из заполнителя в соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.14 иллюстрирует способ и устройство для обеспечения сопротивления поперечным нагрузкам с использованием коротких свай из заполнителя в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.15 иллюстрирует способ и устройство для обеспечения противооползневых мер с использованием коротких свай из заполнителя в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.16 иллюстрирует способ и устройство для обеспечения противовыпорных мер с использованием коротких свай из заполнителя в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.17 иллюстрирует способ и устройство для применения динамометрических датчиков нагрузки, динамометрических датчиков давления или датчиков для обнаружения механических напряжений в коротких сваях из заполнителя в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.18А и 18В иллюстрируют способы определения характеристик коротких свай из заполнителя;

фиг.19 представляет вертикальную проекцию трамбующего механизма, который можно использовать для уплотнения заполнителя;

фиг.20 представляет поперечное сечение трамбующего устройства, показанного на фиг.19, выполненное, по существу, вдоль линии 20-20.

Описание предпочтительных вариантов осуществления

Фиг.1A-1D иллюстрируют устройство для предварительной нагрузки и предварительного напряжения основных грунтов в полости короткой сваи из заполнителя. Фиг.1А представляет собой вид сверху. Устройство 100 для предварительной нагрузки состоит в основном из пары полуоболочек 102А и 102В, которые прикреплены друг к другу с возможностью перемещения для обеспечения перемещения внутрь и наружу к стенкам полости 101 короткой сваи из заполнителя. Полуоболочки 102А и 102В идентичны, поэтому здесь будет описана только одна полуоболочка, и должно быть понятно, что противолежащая полуоболочка имеет эквивалентные части. Полуоболочка 102А содержит в основном внешнюю цилиндрическую стенку 103А, которая снабжена рядом, по существу горизонтальных выступающих реберных элементов 120. Назначение реберных элементов 120 заключается в увеличении сопротивления сдвигу, придаваемого стенке 101 полости. Цилиндрическая стенка 103А армирована рядом или матрицей горизонтальных и вертикальных фланцев. Верхний фланец 104А имеет в основном круглую периферию, форма которой соответствует внутренней поверхности цилиндрической стенки 103А. Верхний фланец 104А может быть прикреплен к внешней цилиндрической стенке 103А с использованием обычных средств, таких как сварка или резьбовые крепежные детали. Как показано на фиг.1В, нижний фланец 106А прикреплен к нижней части внешней цилиндрической стенки 103А таким же образом, как верхний фланец 104А. Верхний и нижний фланцы 104А и 106, соответственно, обеспечивают армирование внешней цилиндрической стенки и, как будет пояснено ниже, обеспечивают поверхность, к которой можно прикреплять телескопические элементы для направления и стабилизации перемещения полуоболочек 102А и 102В друг относительно друга, когда они введены в полость короткой сваи из заполнителя.

Верхние направляющие трубки 108А прикреплены к нижней поверхности верхнего фланца 104А подходящими средствами, такими как привариваемые кронштейны и резьбовые крепежные детали. Аналогично нижние направляющие трубки 110А прикреплены к верхней поверхности нижнего фланца 106А. Каждая направляющая трубка взаимодействует с направляющим стержнем, который расположен в ней, или телескопически перемещается вместе с ним. Как лучше всего видно на фиг.1В, каждый направляющий стержень 112 имеет концы, которые вставлены в противоположные направляющие трубки 108А, 108В. В изображенном варианте осуществления предусмотрены четыре направляющих стержня и четыре пары направляющих трубок для направления перемещения и стабилизации внешней цилиндрической стенки 103А. Как можно увидеть на фиг.1В, в концы каждого направляющего стержня упирается упругое средство, такое как пружина или эластомерный материал, который выполняет функцию стабилизации перемещения направляющего стержня относительно направляющей трубки, когда полуоболочки 102А и 102В цилиндрической стенки перемещаются внутрь и наружу друг относительно друга.

Между полуоболочками 102А и 102В расположена горизонтальная несущая плита 118, которая предназначена для взаимодействия с канальными элементами 116А и 116В на каждой из полуоболочек 102А и 102В. Канальные элементы 116А и 116В могут быть выполнены каждый в виде прямоугольной коробки, которая крепится к полуоболочкам 102А и 102В, имеющим такие внутренние размеры, что несущая плита 118 может размещаться в них с возможностью скольжения. Внутри канальных элементов 116А и 116В несущей плиты расположены упругие элементы, предназначенные для упирания в концы несущей плиты 118 для стабилизации ее перемещения. Функция упругих элементов 122 заключается в том, чтобы предотвращать "заедание" несущей плиты внутри каналов 116, когда полуоболочки 102А и 102В принудительно перемещаются наружу друг от друга. Как поймут специалисты в данной области техники, несущая плита 118 обеспечивает опорную поверхность 124, на которой может быть предусмотрен исполнительный механизм 126, такой как гидравлический цилиндр, поршень домкрата или другой выдвижной элемент для приложения силы, направленной наружу, которая вызывает перемещение полуоболочек 102А и 102В вперед друг от друга или друг к другу и, тем самым, обеспечивает приложение сил предварительного механического напряжения к стенкам полости 101 короткой сваи из заполнителя.

При работе вышеупомянутое устройство прежде всего конфигурируют так, что расстояние между полуоболочками 102А и 102В минимизируется, и исполнительный механизм 126 будет иметь минимальную длину. Затем устройство 100 для предварительной нагрузки опускают в полость 101 короткой сваи из заполнителя с использованием обычных средств, таких как кран или монтажная стрела. Как показано на фиг.2А, сразу же после введения устройства 100 для предварительной нагрузки на месте применения, к ГЕОСВАЕ прикладывается как поперечное механическое напряжение, так и вертикальное механическое напряжение. Поперечное механическое напряжение прикладывается устройством 100 для предварительной нагрузки путем приведения в действие исполнительного механизма 126, чтобы вызвать относительное перемещение наружу между элементами 102А и 102В полуоболочек. Одновременно прикладывается вертикальная нагрузка к стальной плите, которую временно размещают сверху готовой короткой сваи из заполнителя. После приложения подходящей нагрузки как в вертикальном, так и в поперечном направлениях устройство для предварительной нагрузки извлекают путем реверсирования воздействия поршня 126 домкрата. Затем устройство для предварительной нагрузки и временную стальную плиту удаляют и, как видно на фиг.2В, предварительно напряженная полость теперь готова к опиранию строительного элемента (такого, как фундаментный башмак). Как показано на фиг.2С, строительный фундаментный башмак накладывают на верхнюю поверхность сваи. Затем на фундаментном башмаке сооружают конструкцию, прикладывая тем самым строительную нагрузку через фундаментный башмак и через сваю.

Фиг.3А-3С иллюстрируют способ внешней предварительной нагрузки в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг.3А, предварительная нагрузка готовой сваи на крайнем сверху слое 302 сваи создается путем использования стальной плиты 304, размещаемой сверху плоского элемента 306, для обеспечения предварительной нагрузки устанавливаемой сваи после ее сооружения.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения способ осуществляют следующим образом.

Сначала материалы заполнителя, которые составляют каждый слой, размещают и уплотняют внутри полости 301 короткой сваи из заполнителя. Затем поверх заполнителя размещают элемент 306 и стальную плиту 304. Потом к свае прикладывают силу, направленную вниз, пользуясь обычным устройством для нагрузки, таким как гидравлический цилиндр, или размещая сверху ГЕОСВАИ единицу тяжелого оборудования. После осуществления предварительной нагрузки сваи стальную плиту в элементе 306 удаляют. Как показано на фиг.3С, затем осуществляют размещение фундаментного башмака 308 на свае. Таким образом, через фундаментный башмак к свае прикладывается строительная нагрузка.

Фиг.4А и 4В иллюстрируют способ внесения химических добавок в заполнитель в конфигурации короткой сваи из заполнителя в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг.4А, химические добавки вносят в заполнитель при формировании каждого из слоев ГЕОСВАИ. Подходящие химические добавки могут включать цемент, гашеную известь, негашеную известь, летучую золу (золу-унос) и т.д. Как показано на фиг.4В, получаемая свая включает слои, каждый из которых включает подходящую смесь химических добавок для получения соответствующих характеристик упрочнения и стабилизации грунта. Фиг.4С и 4D иллюстрируют еще один способ внесения химических добавок в полость сваи в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг.4С, перед введением заполнителя в полость 101 сваи эту полость 101 сваи покрывают подходящей химической добавкой, а затем формируют слой 402 подходящими методами. Перед введением заполнителя для второго слоя, следующего за крайним снизу, снова вносят подходящие химические добавки для покрытия полости перед введением заполнителя для сооружения следующего слоя. Эта процедура продолжается до тех пор, пока не будет сформирована ГЕОСВАЯ подходящей высоты, что приводит к конфигурации, показанной на фиг.4D, в которую химические добавки внесены в виде слоя, расположенного по периметру, который окружает пласт каждого слоя.

Фиг.5А и 5В иллюстрируют способ обеспечения градаций заполнителя в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг.5 изображена конфигурация короткой сваи из заполнителя, которая дает конкретное преимущество в жестких или плотных грунтах. Слой 502 основания образован из чистого или промытого щебня, такого как щебень №57. Эту нижнюю выпуклую часть сооружают с уплотнением посредством энергии удара. Преимущество применения промытого или чистого щебня заключается в том, что передача механических напряжений в нижележащие основные грунты становится более эффективной ввиду контакта "зерно-к-зерну", и поэтому получаемая нижняя выпуклая часть становится более устойчивой (стабильной). Другое преимущество заключается в том, что промытый или чистый щебень устойчив под водой. Слой 504, следующий за предыдущим, выполнен из щебня основы дорожного покрытия и является уплотненным слоем, который формируют, используя силы, аналогичные тем, которые используются при формировании выпуклой части 502. Преимущество использования щебня основы дорожного покрытия заключается в том, что доли пустот становятся меньше, плотности становятся больше и жесткость становится больше, чем в случае промытого или чистого щебня. Сверху уплотненного слоя 504 находится рыхлый слой 506, который уплотняют, используя силы, аналогичные тем, которые использовались для уплотненного слоя 504. Таким образом, можно применять градации заполнителя для достижения желательных характеристик опирания сваи в жестких или плотных грунтах. На фиг.5В изображена конфигурация сваи, которая дает преимущества в мягких или рыхлых грунтах. В этом конкретном варианте осуществления в выпуклой части 508 сваи предусмотрен более крупный щебень, такой как щебень размером 76,2 мм (3 дюйма) ±. Поверх выпуклой части из более крупного щебня расположен уплотненный слой, в котором используются такие заполнители, как щебень №57, который уплотняют, используя подходящие силы и обычные методы. Сверху уплотненного слоя 510 расположен рыхлый слой 512, который состоит из щебня основы дорожного покрытия. Эта конфигурация выгодна в мягких или рыхлых грунтах, потому что энергия уплотняющей силы будет частично гаситься, а объем получаемой нижней выпуклой части будет уменьшен.

Фиг.6А и 6В иллюстрируют способ и устройство для уменьшения трения в конфигурации короткой сваи из заполнителя в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Пунктирная линия 604, показанная в основной массе 602 грунта, разделяет неактивные зоны в грунте и активные зоны, при этом неактивная зона 606 расположена под активной зоной 608. В соответствии с настоящим изобретением на внешней поверхности полости сваи нанесено химическое смазочное вещество 610. Преимущество смазочного слоя 610 заключается в уменьшении силы сдвига, которая будет действовать на верхнюю часть сваи 600 при расширении грунтов в активной зоне. Такие направленные вверх силы сдвига имеют тот недостаток, что вызывают неустойчивость из-за сил расширения и противодействия, возникающих при перемещении сваи вверх во время расширения грунта. Фиг.6В изображает еще один вариант осуществления настоящего изобретения, в котором смазочный слой 610 предусмотрен в виде облицовочного пластмассового или картонного материала, который может быть снабжен химическим покрытием для уменьшения трения. Конкретный вариант осуществления, показанный на фиг.6А, реализуют путем нанесения химического смазочного вещества вдоль стенок полости сваи перед формированием в ней слоев сваи. На фиг.5В изображен пластмассовый или картонный облицовочный материал, введенный перед уплотнением слоев сваи.

Фиг.7 иллюстрирует способ борьбы с размыванием в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Здесь опорная линия 702 является границей между неразмываемым грунтом 704 и размываемым грунтом 706. Линия 708 является границей между зоной 706 размываемого грунта и неразмываемым грунтом 710. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения выпуклая часть 712 сваи сформирована обычным способом. Вместе с тем слои 714, создаваемые в зоне 706 размываемого грунта, сооружены из заполнителя, предназначенного для удовлетворения заданных технических требований крупности дрены из заполнителя, приведенным, например, в технических статьях, написанных доктором X. Болтоном Сидом (Н. Bolton Seed) (см. Seed, H.B., and Booker, J.R. EERC 76-10, Калифорнийский университет, Беркли, апрель, 1976 г.). Те слои, которые находятся выше пограничной линии 708 в неразмываемом грунте 710, можно сооружать обычным способом.

Фиг.8А и 8В иллюстрируют способ и устройство для применения сеточных вставок с целью увеличения жесткости коротких свай из заполнителя и основных грунтов в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Фиг.8А изображает ряд горизонтально наложенных дисков 802 ГЕОСЕТКИ или сеточной конструкции. Материал дисков может содержать такие материалы, как ГЕОСЕТКИ (ГЕОСЕТКА TEHCAP ИЛИ ГЕОСЕТКА МИРАФИ (TENSAR GEOGRID или MIRAFI GEOGRID)), геоткань, такую, как МИРАФИ или АМОКО (АМОСО), или проволочную сетку. Преимущество, создаваемое такими горизонтально наложенными дисками, заключается в том, что эти растягиваемые армирующие элементы обеспечат возникновение большего уплотнения, в результате чего получится более жесткая короткая свая из заполнителя. Как показано на фиг.8В, в еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения, ГЕОСЕТКА или сетка 805 установлена вертикально вокруг периферии сваи. Сооружение сваи в соответствии с этим вариантом осуществления может включать установку сетки или геосетки путем облицовки полости короткой сваи из заполнителя перед сооружением элементов 804 слоев. Преимущество установки арматуры посредством ГЕОСЕТКИ, ГЕОТКАНИ или проволочной сетки заключается в ограничении поперечного выпучивания в очень рыхлых грунтах, таких как торф.

Фиг.9А-9В иллюстрируют способ обеспечения слоев переменного диаметра в конструкциях коротких свай из заполнителя и устройство, использующее слои переменного диаметра в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Фиг.9А изображает устройство для бурения полостей коротких свай из заполнителя, имеющих переменный диаметр. Это устройство содержит первый шнековый бур 902 меньшего диаметра, который используется для бурения на первую глубину D₁. Устройство также содержит второй шнековый бур 904, который имеет больший диаметр, чем шнековый бур 902, и который используют для бурения части полости ГЕОСВАИ на глубину D₂. Диаметр шнекового бура 904 больше, чем диаметр шнекового бура 902. Как показано на фиг.9В, ГЕОСВАИ переменного диаметра сооружают путем сооружения сначала слоев 906 в пределах части меньшего диаметра. Затем сооружают слои 908 большего диаметра в пределах части большего диаметра полости ГЕОСВАИ. В случае ГЕОСВАЙ, сооружаемых путем выемки грунта с помощью обратной лопаты вместо бурения, в нижних частях сваи получают меньшие площади прямоугольного поперечного сечения, а в верхних частях - большие площади прямоугольного поперечного сечения.

Фиг.10A-10D иллюстрируют способ сооружения коротких свай из заполнителя с использованием временных кожухов в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Эти кожухи особенно выгодны при бурении полостей ГЕОСВАЙ в непосредственной близости от обвальных грунтов, которые обычно очень рыхлые и могут не оставаться устойчивыми во время бурения полости ГЕОСВАИ. Как показано на фиг.10А, кожух 930 подвешен с помощью грузовых канатов 932, которые могут поддерживаться краном или другим устройством. Внутри кожуха 930 расположен шнековый бур 934, который имеет диаметр, подходящий для обеспечения бурения грунта изнутри полости кожуха 930. В процессе бурения с помощью шнекового бура 934 кожух 930 опускается все дальше и дальше в формируемую полость. Как показано на фиг.10В, кожух 930 остается на месте во время стадии трамбования слоя 936. Рекомендуется немного смещать низ кожуха 930 в вертикальном направлении относительно крайнего конца слоя или выпуклой части 936, чтобы создать возможность выпучивания этой выпуклой части во время стадии трамбования. После формирования выпуклой части кожух немного поднимают, а потом вводят заполнитель в полость для формирования следующего слоя. Кожух 930 выполнен с возможностью выдвижения на достаточную глубину, чтобы создать возможность выпучивания каждого элемента слоя во время стадии трамбования.

Фиг.10С и 10D изображают устройство и способ применения кожуха в средах, которые содержат обвальные грунты и могут быть ограничены слоями устойчивых (стабильных) грунтов. Линия 940 представляет собой нижнюю границу между безобвальной зоной и обвальной зоной 942. В соответствии с изобретением крайнюю нижнюю часть полости 944 бурят с получением меньшего диаметра, который несколько меньше, чем диаметр в обвальной зоне 942, чтобы создать возможность надлежащей посадки кожуха во избежание миграции обвальных грунтов внутрь безобвальной зоны. Как показано на фиг.10D, нижнюю часть 946 сваи сооружают обычным способом, при котором кожух 930 остается на месте. Когда высота сваи 946 достигает нижнего конца кожуха 930, последующие операции формирования элементов слоев сопровождаются извлечением кожуха 930 в той степени, которая создаст возможность выпучивания элементов слоев в обвальную зону. Сразу же после сооружения ГЕОСВАИ с прохождением обвальной зоны 942 кожух можно извлекать или оставлять на месте для поддержания устойчивости (стабильности) верхней безобвальной зоны.

Фиг.11A-11D иллюстрируют способ безударного уплотнения коротких свай из заполнителя в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг.11А, осуществление способа начинается формированием полости 950 с использованием подходящего шнекового бура 952. Затем, как показано на фиг.11В, на дне полости 950 размещают промытый, или чистый щебень, или другой подходящий заполнитель. Как показано на фиг.11С, уплотнение элемента 954 слоя проводят путем приложения безударной силы F к трамбующему элементу 946. В соответствии с изобретением трамбующая сила F прикладывается безударным средством, например, за счет приподнятия крупной единицы оборудования или строительной оснастки с помощью домкрата, или за счет упирания трамбовочного бруса в устанавливаемый на нем экскаватор. Таким образом, используется безударная энергия или статическая сила, которую можно прикладывать в течение ограниченного периода времени. В альтернативном варианте осуществления изобретения можно прикладывать необязательную ограниченную вибрацию в сочетании с силой F или вместо нее. Полученная свая, изображенная на фиг.11D, сформирована с использованием безударной энергии.

Фиг.12A-12D иллюстрируют способ применения заполнителя в виде утилизированного бетона в реализациях коротких свай из заполнителя. Как показано на фиг.12A-12D, формирование короткой сваи из заполнителя проводят, вводя шнековый бур в грунт для формирования полости и вводя промытый или чистый щебень вниз полости с последующим трамбованием, как показано на фиг.12С, для формирования нижней выпуклой части. В соответствии с настоящим изобретением промытый щебень можно смешивать с утилизированным бетоном или можно использовать только утилизированный бетон вместо промытого щебня для формирования нижней выпуклой части надлежащего размера. Последующие слои короткой сваи из заполнителя можно получать, используя утилизированный бетон вместо заполнителя соответствующего типа. Одно преимущество настоящего изобретения, возникающее при использовании утилизированного бетона, заключается в использовании неровных кусков, которые при уплотнении проявляют тенденцию к образованию устойчивых поверхностей раздела, взаимоблокирующихся друг с другом.

Как показано на фиг.13A-13D, способ, соответствующий настоящему изобретению в другом его аспекте, может включать применение песка или других материалов вместо промытого щебня или щебня основы дорожного покрытия. Типы материалов, которые можно применять, содержат пески, грунты, свойственные конкретному региону и включающие пески, илы и глины, а также химически обработанные пески, илы и глины. Еще одним материалом, который можно использовать, является "бетон, уплотняемый катком", также называемый "жесткой бетонной смесью".

Фиг.14 иллюстрирует способ и устройство для обеспечения сопротивления поперечным нагрузкам с использованием коротких свай из заполнителя в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления бетонный фундаментный башмак 960 может подвергаться воздействию поперечной нагрузки L, при этом фундаментный башмак 960 внедряется в основной грунт 962. В соответствии с конструкцией сваи в ее верхней части присутствует большое вертикальное механическое напряжение, показанное стрелками 964 и обозначенное символом "N", которое отображает концентрацию вертикального механического напряжения, обеспечивающую большое нормальное механическое напряжение, вносящее вклад в сопротивление большим поперечным силам. Большое нормальное напряжение будет на нижней стороне бетонного фундаментного башмака. Сила S сдвига, которая противодействует поперечной силе L, будет задана следующим основным уравнением:

S=N·tgφ,

где φ - угол трения, создаваемый между верхом короткой сваи из заполнителя и низом фундаментного башмака, значение φ обычно полагают равным углу внутреннего трения короткой сваи из заполнителя, который для заполнителя в виде уплотненного бетона составляет 48-50 градусов.

В этом варианте можно использовать свайные элементы для обеспечения значительного сопротивления поперечным нагрузкам в связи с большими концентрациями вертикальных механических напряжений, создаваемыми короткими сваями из заполнителя.

Фиг.15 иллюстрирует способ и устройство для обеспечения противооползневых мер с использованием коротких свай из заполнителя в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Масса 970 грунта, которая может быть склоном холма или другой земной структуры, имеет наклон 972, а к верхней поверхности этой массы приложена пригрузочная (вызываемая присыпкой грунта) нагрузка 974. В результате влияния веса массы грунта, геометрии массы грунта, нагрузок, создаваемых силой тяжести, и любых пригрузочных нагрузок в массе грунта возникают расположенные вдоль дуг окружностей или иные поверхности 976 возможного сдвига. Сопротивление этим силам сдвига обеспечивается сопротивлением сдвигу, присущим проходимым грунтам. Короткие свайные элементы из заполнителя увеличивают сопротивление сдвигу, обеспечиваемое существующими грунтами, тремя следующими путями: (1) за счет создания элементов с очень высоким внутренним сопротивлением сдвигу; (2) за счет достижения концентраций механических напряжений, возникающих внутри коротких свайных элементов из заполнителя в результате того, что их жесткость больше по сравнению с жесткостью основных грунтов; и (3) за счет придания дополнительного собственного веса оказывающим сопротивление частям массы грунта, армированной короткими сваями из заполнителя, поскольку плотности коротких свай из заполнителя больше, чем плотности основных грунтов.

Фиг.16 иллюстрирует способ и устройство для обеспечения противовыпорных мер с использованием коротких свай из заполнителя в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. В соответствии с предпочтительными вариантами осуществления изобретения элемент 990 ГЕОСВАИ сооружают с рядом выпорных звеньев 992, которые составлены из стальных стержней, штанг или трубок. Эти стальные стержни, штанги или трубки соединены с нижней плитой 988. Нагрузка выпора грунта, действующая на фундаментный башмак, передается выпорными звеньями к нижней плите. Нагрузке выпора грунта на нижней плите противодействует оказываемое по периметру сопротивление 996 сдвигу, обеспечиваемое волнистой поверхностью раздела между короткой сваей из заполнителя и основным грунтом и увеличиваемое поперечными механическими напряжениями 994 в грунте, которые возрастают по время установки короткой сваи из заполнителя. Таким образом, свае можно придать конфигурацию, способную выдерживать нагружение силами выпора грунта, и тем самым реализовать анкерное закрепление фундаментного башмака или другого строительного элемента в окружающий грунт.

Фиг.17 иллюстрирует способ и устройство для применения динамометрических датчиков нагрузки, динамометрических датчиков механического напряжения или датчиков давления в коротких сваях из заполнителя в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Как можно увидеть на фиг.17, ряд элементов 999 динамометрических датчиков нагрузки, датчиков напряжения или динамометрических датчиков давления расположен между элементами слоев сваи. Эти элементы, предназначенные для измерения нагрузки, можно соединять электронными средствами с обычным измерительным устройством, чтобы определять величину механического напряжения, присутствующего в динамометрических датчиках нагрузки между слоями свайного элемента во время нагрузки короткой сваи из заполнителя и после приложения суммарной нагрузки к свае, и, тем самым, определять концентрацию и распределение напряжений внутри сваи. Кроме того, можно прикладывать давление к динамометрическим датчикам давления, расположенным между элементами слоев сваи, и можно измерять деформации, возникающие из-за приложенного механического напряжения.

Фиг.18А и 18В иллюстрируют способы испытаний для проверки таких характеристик коротких свай из заполнителя, как жесткость, в соответствии с изобретением. Как показано на фиг.18А, элемент 180, передающий нагрузку, такой, как трамбовочный узел, снабжен калиброванным устройством 184 измерения давления или нагрузки на элементе, передающем нагрузку, для измерения величины приложенной нагрузки. На элементе 180, передающем нагрузку, также предусмотрено устройство 182 измерения отклонения. Специалистам в данной области техники будет ясно, что устройство 184 измерения нагрузки может представлять собой датчик деформации или другую реализацию аналогичного устройства для определения нагрузки на валу трамбовочного узла или элемента 180, передающего нагрузку. Устройство 182 измерения отклонения измеряет смещение элемента 180, передающего нагрузку, а значит, и смещение короткой сваи 190 из заполнителя относительно окружающего грунта. Специалистам в данной области техники ясно, что устройство 182 измерения отклонения может содержать лазерное измерительное устройство для измерения относительного отклонения. В альтернативном варианте устройство 182 измерения отклонения может содержать первый манометрический элемент, прикрепленный к элементу 180, передающему нагрузку, и второй манометрический элемент, закрепленный на грунте и достаточно удаленный от сваи 190 для предотвращения отклонения грунта, вызываемого элементом 180, передающим нагрузку. Манометрические устройства будут измерять относительное отклонение. Измерение отклонения может предусматривать наличие уровнемерного устройства или других средств. На фиг.18В изображен альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения, в котором устройство измерения нагрузки выполнено в виде динамометрического датчика 186 нагрузки или давления, расположенного между трамбовочным узлом 180 и короткой сваей 190 из заполнителя.

Жесткость сваи можно рассчитать на основании измеренных нагрузки и отклонения. Модуль подтверждения вычисляют на основании измерений нагрузки и отклонения в соответствии со следующей формулой:

К_п=Р/А·у, (1)

где К_п представляет модуль подтверждения; Р представляет приложенную нагрузку, А представляет площадь вершины короткой сваи из заполнителя, а у представляет вертикальное отклонение сваи вниз.

Определенный таким образом модуль подтверждения используют в качестве указателя модуля жесткости сваи, соответствующего механическому напряжению в проектируемой конструкции сваи, посредством экстраполяции и сравнения с измеренным значением модуля жесткости сваи при такой же интенсивности механического напряжения, как та, которая создается в процессе испытания сваи на нагрузку для определения модуля.

Фиг.19 и 20 иллюстрируют некоторые дополнительные признаки и альтернативные варианты осуществления изобретения. Как обсуждалось ранее, в грунте формируют полость 200. Как правило, полость 200 формируют, например, способами бурения. Таким образом, полость 200, как правило, представляет собой цилиндрический вертикальный проход, идущий вниз в грунт. Вообще говоря, во время бурения буровой шлам или выбуренный грунт поднимают на поверхность и выбрасывают. Однако, если грунт загрязнен, то его нельзя выбрасывать. Например, может существовать запрет на выбрасывание загрязненного грунта, поднимаемого из-под земной поверхности. Даже если выбрасывание разрешено, может выдвигаться требование принять меры предосторожности вне стройплощадки или какое-либо иное требование. Это может привести к значительным затратам.

Чтобы решить эту проблему, можно использовать специальные буры большого диаметра, которые внедряют буровой шлам или выбуренный грунт в поперечном направлении в боковые стенки 202 прилегающей полости 200. Такие буры не будут поднимать шлам на поверхность грунта, а будут уплотнять шлам в поперечном направлении, внедряя его в боковые стенки. Судя по имеющейся достоверной информации буры этого общего типа разработаны для погружения бетонных свай. Такие буры требуют изменения шага шнекового бура и реверсирования движения бура для перемещения шлама или отходов ("хвостов") в поперечном направлении.

В любом случае после образования полости 200 в эту полость 200 помещают заполнитель и должным образом трамбуют или уплотняют этот заполнитель так, как описано выше. Вместе с тем уплотнение можно проводить посредством трамбующего устройства или механизма, такого, как изображенный на фиг.19, 20. Такое трамбующее устройство содержит вертикальный приводной вал 204, который можно различными средствами привести в возвратно-поступательное движение или заставить вибрировать. Приводной вал 204 имеет прикрепленный к нему нижний уплотняющий башмак 206. Башмак 206 содержит ряд вертикальных проходов 208, 210, 212, 214. Вертикальные проходы 208, 210, 212, 214 ограничивают пути для заполнителя 216, проходящего от вершины башмака 206 к нижней стороне башмака 206. Таким образом, вал 204 совершает возвратно-поступательное движение, обеспечивая прохождение заполнителя 216, и одновременно может вращаться, например, как показано стрелками на фиг.19, 20. Следовательно, заполнитель подается по проходам 208, 210, 212, 214 и уплотняется или плотно трамбуется вышеописанным образом для формирования сваи. Подачу и уплотнение заполнителя 216 можно осуществлять непрерывно или с перерывами. Если эту операцию проводят с перерывами, башмак 206 поднимают на небольшое расстояние, чтобы обеспечить прохождение заполнителя 216 по проходам 208, 210, 212, 214, после чего приводят вал 204 в возвратно-поступательное движение и вращение для трамбования и уплотнения материала заполнителя. Этот процесс повторяют, осуществляя шаговый подъем (башмака) с малыми приращениями высоты.

В альтернативном варианте вал 204 можно поднимать значительно меньшими шагами и одновременно или с перерывами вращать для уплотнения заполнителя 216 по мере его падения вниз и перемещения по проходам 208, 210, 212, 214. Количество проходов, их конфигурацию и их расположение можно изменять для пропускания разнотипных заполняющих материалов.

Для специалистов в данной области техники будет очевидно, что предпочтительные конкретные варианты осуществления могут быть изменены или скорректированы в рамках объема притязаний изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.

Формула изобретения

1. Способ сооружения короткой сваи из заполнителя в основной массе грунта, содержащий следующие этапы: а) формирование полости в основной массе грунта путем выемки материала из основной массы грунта для формирования полости, б) по меньшей мере, частичное заполнение полости последовательными слоями заполнителя, по меньшей мере, некоторые из которых уплотняют в последовательном порядке при их введении в полость, для формирования таким образом в полости короткой сваи из заполнителя, содержащей несколько слоев, по меньшей мере некоторые из которых уплотняют после их размещения в полости и перед размещением дополнительных слоев на них, в) нагрузка всех слоев, составляющих сваю из заполнителя, после размещения и уплотнения отдельных слоев и после формирования всей сваи и перед размещением конструкции на свае путем приложения нагрузки конструкции сваи, содержащей нагрузочный элемент, на крайний сверху слой для осуществления, по меньшей мере, частично необратимого сжатия сваи и, по меньшей мере, частично необратимой деформации основной массы грунта, примыкающего к свае.

2. Способ по п.1, при котором нагрузка сформированной сваи из заполнителя содержит статическую нагрузку.

3. Способ по п.1, при котором нагрузка сформированной сваи из заполнителя содержит динамическую нагрузку.

4. Способ по п.1, при котором нагрузка сформированной сваи из заполнителя содержит приложение силы вибрации ограниченной амплитуды к сформированной свае.

5. Способ по п.1, при котором этап заполнения полости последовательными слоями содержит формирование, по меньшей мере, некоторых слоев с использованием заполнителя, имеющего заданную техническую характеристику градации дрены.

6. Способ по п.1, при котором этап заполнения полости последовательными слоями содержит формирование, по меньшей мере, некоторых слоев из материала, выбранного из группы, состоящей из смеси щебня и утилизированного бетона, утилизированного бетона, заполнителя, имеющего техническую характеристику градации дрены из заполнителя, смеси песка и щебня, смеси щебня разных марок, а также их комбинаций.

7. Способ по п.1, содержащий дополнительный этап, выбранный из группы, состоящей из покрытия, по меньшей мере одного слоя между сваей и стенками полости смазочным материалом, введения сетки, по меньшей мере, в один слой, изменения диаметра, по меньшей мере, двух соседних слоев и встраивания динамометрических датчиков нагрузки, по меньшей мере, в один слой.

8. Способ по п.1, содержащий этап измерения нагрузки конструкции сваи и деформации сваи после нагрузки сформированной сваи из заполнителя и перед размещением конструкции на свае.

9. Способ по п.1, при котором этап заполнения полости содержит, по меньшей мере, частичное заполнение слоями материала, при этом уплотняют слои в последовательном порядке, в котором эти слои вводят в полость, чтобы тем самым сформировать короткую сваю из заполнителя, причем слои формируют из материала, выбранного из группы, состоящей из заполнителя разных размеров в разных слоях, смеси песка и щебня, а также заполнителя с сеточным материалом.

10. Способ по п.1, при котором этап заполнения полости содержит, по меньшей мере, частичное заполнение слоями материала, при этом уплотняют слои в последовательном порядке, в котором эти слои вводят в полость, чтобы тем самым сформировать короткую сваю из заполнителя, причем, по меньшей мере, некоторые из слоев формируют с диаметром, отличным от диаметра других слоев в свае.

11. Способ по п.1, содержащий этап размещения, по меньшей мере, одного динамометрического датчика нагрузки в свае.

12. Способ по п.1, при котором этап нагрузки сваи содержит приложение нагрузки конструкции сваи, связанной с предполагаемой нагрузкой на конструкцию, к свае и последующее снятие этой нагрузки.

13. Способ по п.1, содержащий последовательную нагрузку и разгрузку сформированной сваи.

14. Способ сооружения короткой сваи из заполнителя в основной массе грунта, содержащий следующие этапы: а) формирование полости в основной массе грунта путем выемки материала из основной массы, б) по меньшей мере, частичное заполнение полости последовательными слоями заполнителя, по меньшей мере, некоторые из которых уплотняют при введении в полость, причем слои формируют из материала, выбранного из группы, состоящей из щебня, смеси щебня и утилизированного бетона, песка, смеси песка и щебня, утилизированного бетона, заполнителя, имеющего техническую характеристику градации дрены из заполнителя, заполнителя из щебня разных марок и сеточных материалов, заполнителя и химических добавок, а также их комбинаций, в) нагрузка крайнего сверху слоя сформированной сваи из заполнителя после размещения и уплотнения отдельных слоев и после формирования всей сваи и перед размещением конструкции на свае, путем приложения нагрузки конструкции сваи, содержащей нагрузочный элемент, на крайний сверху слой для осуществления, по меньшей мере, частично необратимого сжатия сваи и, по меньшей мере, частично необратимой деформации основной массы грунта, примыкающего к свае.

15. Способ по п.14, при котором этап заполнения полости содержит, по меньшей мере, частичное заполнение слоями материала, при этом уплотняют слои в последовательном порядке, в котором эти слои вводят в полость, чтобы тем самым сформировать короткую сваю из заполнителя, причем слои формируют из материала, выбранного из группы, состоящей из заполнителя разных размеров в разных слоях, смеси песка и щебня, а также заполнителя с сеточным материалом.

16. Способ по п.14, при котором этап заполнения полости содержит, по меньшей мере, частичное заполнение слоями материала, при этом уплотняют слои в последовательном порядке, в котором эти слои вводят в полость, чтобы тем самым сформировать короткую сваю из заполнителя, причем, по меньшей мере, некоторые из слоев формируют с диаметром, отличным от диаметра других слоев в свае.

17. Способ по п.14, содержащий этап размещения, по меньшей мере, одного динамометрического датчика нагрузки в свае.

18. Способ по п.14, при котором этап нагрузки сваи содержит приложение нагрузки конструкции сваи, связанной с предполагаемой нагрузкой на конструкцию, к свае и последующее снятие этой нагрузки.

19. Способ по п.14, содержащий последовательную нагрузку и разгрузку сформированной сваи.

20. Изделие, полученное способом по любому из пп.1 и 14.

21. Способ сооружения короткой сваи из заполнителя в основной массе грунта, содержащий следующие этапы: а) формирование полости в основной массе грунта путем выемки материала из основной массы для формирования полости, б) по меньшей мере, частичное заполнение полости последовательными слоями заполнителя, по меньшей мере, некоторые из которых уплотняют в последовательном порядке при их введении в полость для формирования таким образом в полости короткой сваи из заполнителя, состоящей из нескольких слоев, по меньшей мере, некоторые из которых уплотняют после их размещения в полости и перед размещением дополнительных слоев на них, в) нагрузка всех слоев, составляющих сваю из заполнителя, после размещения и уплотнения отдельных слоев и после формирования всей сваи и перед размещением конструкции на свае, путем приложения нагрузки конструкции сваи к крайнему сверху слою для осуществления, по меньшей мере, частично необратимого сжатия сваи и, по меньшей мере, частично необратимой деформации основной массы грунта, примыкающего к свае, г) измерение нагрузки конструкции сваи и деформации сваи после нагрузки сформированной сваи из заполнителя и перед размещением конструкции на свае.

22. Способ по п.21, при котором нагрузка сформированной сваи из заполнителя содержит приложение силы вибрации ограниченной амплитуды к сформированной свае.

23. Способ по п.21, при котором нагрузка сформированной сваи из заполнителя содержит статическую нагрузку.

24. Способ по п.21, при котором нагрузка сформированной сваи из заполнителя содержит динамическую нагрузку.

25. Способ по п.21, содержащий дополнительный этап, выбранный из группы, состоящей из покрытия, по меньшей мере, одного слоя между сваей и стенками полости смазочным материалом, введения сетки, по меньшей мере, в один слой, изменения диаметра, по меньшей мере, двух соседних слоев и встраивания динамометрических датчиков нагрузки, по меньшей мере, в один слой.

26. Способ по п.21, при котором этап нагрузки крайнего сверху слоя включает размещение нагрузочного элемента на крайнем сверху слое.

27. Способ сооружения короткой сваи из заполнителя в основной массе грунта, содержащий следующие этапы: а) формирование полости в основной массе грунта путем выемки материала из основной массы, б) по меньшей мере, частичное заполнение полости последовательными слоями заполнителя, по меньшей мере, некоторые из которых уплотняют при введении в полость, причем слои формируют из материала, выбранного из группы, состоящей из щебня, смеси щебня и утилизированного бетона, песка, смеси песка и щебня, утилизированного бетона, заполнителя, имеющего техническую характеристику градации дрены из заполнителя, заполнителя из щебня разных марок и сеточных материалов, заполнителя и химических добавок, а также их комбинаций, в) нагрузка крайнего сверху слоя сформированной сваи из заполнителя после размещения и уплотнения отдельных слоев и после формирования всей сваи и перед размещением конструкции на свае, путем приложения нагрузки конструкции сваи к крайнему сверху слою для осуществления, по меньшей мере, частично необратимого сжатия сваи и, по меньшей мере, частично необратимой деформации основной массы грунта, примыкающего к свае, г) измерение нагрузки конструкции сваи и деформации сваи после нагрузки сформированной сваи из заполнителя и перед размещением конструкции на свае.

28. Способ по п.27, содержащий этап, по меньшей мере, частичного заполнения полости последовательными слоями материала, при этом уплотняют слои в последовательном порядке, в котором эти слои вводят в полость, чтобы тем самым сформировать короткую сваю из заполнителя, причем, по меньшей мере, некоторые из слоев формируют из материала, выбранного из группы, состоящей из заполнителя разных размеров в разных слоях, смеси песка и щебня и заполнителя с сеточным материалом.

29. Способ по п.27, содержащий этап, по меньшей мере, частичного заполнения полости последовательными слоями материала, при этом уплотняют слои в последовательном порядке, в котором эти слои вводят в полость, чтобы тем самым сформировать короткую сваю из заполнителя, причем, по меньшей мере, некоторые из слоев формируют с диаметром, отличающимся от диаметра других слоев в свае.

30. Способ по п.27, при котором этап нагрузки сваи содержит приложение нагрузки конструкции сваи, связанной с предполагаемой нагрузкой на конструкцию сваи, к свае и последующее снятие этой нагрузки после сооружения сваи.

31. Способ по п.27, содержащий последовательную нагрузку и разгрузку сформированной сваи.

32. Способ по п.27, при котором этап нагрузки крайнего сверху слоя включает размещение нагрузочного элемента на крайнем сверху слое.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25, Рисунок 26, Рисунок 27, Рисунок 28, Рисунок 29, Рисунок 30, Рисунок 31, Рисунок 32, Рисунок 33, Рисунок 34, Рисунок 35, Рисунок 36, Рисунок 37, Рисунок 38, Рисунок 39, Рисунок 40, Рисунок 41, Рисунок 42, Рисунок 43, Рисунок 44, Рисунок 45, Рисунок 46, Рисунок 47