Буроинъекционная свая и подпорная стенка на свайном фундаменте
Изобретение относится к области строительства, а именно к возведению фундаментов с использованием буроинъекционных свай, а также может относиться к подпорным стенкам, сооружаемым с использованием буроинъекционных свай. Буроинъекционная свая содержит бетонный ствол, изготовленный непосредственно в скважине, содержащий арматурный каркас в виде металлической трубы-инъектора, которая погружена в скважину с зазором до проектного отказа и снабжена на нижней части перфорированным участком с боковыми инъекционными отверстиями, расположенными ярусами от нижнего конца трубы-инъектора, при этом диаметр скважины составляет не более 3d, где d - наружный диаметр трубы-инъектора. Длина перфорированного участка составляет более 3d, не превышает L и составляет (0,2-0,7)L, где L - глубина скважины. Подпорная стенка на свайном фундаменте, в качестве свай которого использованы буроинъекционные сваи содержит арматурный каркас в виде металлической трубы, верхняя часть которой использована в качестве оголовка, Подпорная стенка выполнена из бетонных блоков, неподвижно смонтированных ярусами один на другом, в качестве основания использован нижний блок, а по крайней мере верхний блок, установленный на нижний блок, имеет сквозное отверстие, являющееся смежным по вертикали с установочным отверстием в нижнем блоке. Общая полость, образованная названными отверстиями, армирована и забетонирована. Технический результат состоит в упрощении конструкции буроинъекционных свай, снижении стоимости строительства фундаментов на сваях, в частности строительства подпорных стенок на свайном фундаменте. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области строительства, а именно к возведению фундаментов с использованием буроинъекционных свай. Изобретение также относится к подпорным стенкам, сооружаемым с использованием свай.
Из уровня техники известны различные конструкции буроинъекционных свай и способы их возведения. Обычно такие сваи возводят следующим образом: образуют скважину в грунте, устанавливают в нее арматурный каркас, инъекторную трубу, бетонируют ствол сваи [а.с. SU 1052625, опубл. 07.11.1983]. При этом известны способы, при которых инъекторную трубу, обычно перфорированную, после инъектирования цементо-песчаного раствора извлекают из скважины [патент US 4009582, опубл. 01.03.1977] или оставляют в скважине в качестве арматурного каркаса ["Рекомендации по применению буроинъекционных свай", М.: НИИОСП, 1984, стр.8-15, рис.3.3]. Известные конструкции и способы требуют дополнительной проработки для различных условий нагружения и грунтов.
В качестве прототипа первого предлагаемого технического решения выбрана буро-инъекционная свая с уплотненным забоем, изготовленная способом, в частности включающим бурение скважины, монтаж арматурного каркаса в виде трубы-инъектора, инъектирование цементно-песчаного раствора до излива чистого раствора из устья скважины, опрессовку скважины [патент RU 2188904, опубл. 10.09.2002]. Трубу-инъектор с инъекционными отверстиями и уширенным заостренным наконечником погружают в забой скважины до проектного отказа, при этом диаметр трубы-инъектора выполняют в два-три раза меньше, чем диаметр скважины, заостренный наконечник выполняют диаметром 0,8-0,9d и высотой 4-5d, где d - диаметр скважины, причем инъекционные отверстия выполняют диаметром 0,08-0,12d и располагают их в шахматном порядке на расстоянии 0,5-1d от нижнего конца трубы-инъектора.
Из уровня техники известны различные конструкции и способы возведения подпорных стенок на свайном фундаменте.
Известна подпорная стена, включающая фундамент из буронабивных свай, объединенных ростверком [а.с. SU 1811548, опубл. 23.04.1993]. Согласно другому подобному техническому решению фундаментные сваи изготавливают на месте путем бурения скважин, опускания в них арматурных каркасов с последующим бетонированием [патент RU 2211287, опубл. 27.08.2003]. Возведение таких подпорных стен достаточно трудоемко, т.к. в первом случае требуется выемка значительного объема грунта, а во втором - из-за сложности конструкции самой подпорной стены.
Известна подпорная стена, содержащая призматическую стеновую панель, смонтированную на оголовках свай, заглубленных в устойчивые грунты ниже уровня слабых грунтов [заявка JP 2003-119805, опубл. 23.04.2003]. Такая конструкция может успешно использоваться только для стен малой высоты и требует выемки значительного объема грунта.
Известен способ возведения подпорной стенки, согласно которому: бурят ряд скважин с определенным интервалом, заполняют скважины строительным раствором, вставляют в скважины стальные сваи, устанавливают горизонтальную балку на оголовки свай, осуществляют выемку первого яруса грунта и монтируют первый ярус подпорных плит между соседними сваями, затем монтируют промежуточную горизонтальную балку, осуществляют выемку второго яруса грунта и монтируют второй ярус подпорных плит между соседними сваями, и т.д. по числу ярусов [патент CN 1204714, опубл. 13.01.1999]. Известный способ узкоспециализирован и также требует выемки значительного объема грунта.
Известны подпорные стенки, включающие панель L-образной формы, т.е. лицевую и фундаментную плиты, жестко соединенные между собой с образованием уголкового профиля. Такая панель может устанавливаться на ряд вертикальных свай, размещенных под фундаментной плитой [а.с. SU 1330269, опубл. 15.08.1987], на ряд наклонных свай, проходящих через фундаментную плиту [заявка JP 60-112931, опубл. 19.06.1985], или на ряды как вертикальных, так и наклонных свай [заявка JP 60-112932, опубл. 19.06.1985]. Известны способы возведения подпорных стенок с L-образными панелями, общим для которых является то, что фундаментные плиты монтируют на сваи, при этом оголовки свай пропускают в отверстия в фундаментных плитах и соединяют их с помощью раствора, в частности с использованием вертикальных и горизонтальных арматурных прутов [заявка JP 02-080718, опубл. 20.03.1990; заявка JP 07-197478, опубл. 01.08.1995]. Недостатком стенок с L-образной панелью является необходимость выемки относительно большого объема грунта под горизонтальную фундаментную плиту панели.
Подпорная стенка, возведенная способом, подобным вышеописанным, выбрана в качестве прототипа второго предлагаемого технического решения [заявка JP 09-209377, опубл. 12.08.1997]. Используемая L-образная панель имеет отверстие для сваи в фундаментной плите. После монтажа сваи L-образная панель устанавливается так, чтобы оголовок сваи был вставлен в указанное отверстие. Затем в это отверстие сверху заливают бетон, чтобы объединить сваю с панелью. Помимо отмеченного выше недостатка данная конструкция малоустойчива к опрокидыванию, а прочность соединения оголовка сваи с панелью относительно невысока.
Решаемая техническая задача - упрощение конструкции буроинъекционных свай, снижение стоимости строительства фундаментов на буроинъекционных сваях, в частности строительства подпорных стенок на свайном фундаменте.
Предлагается буроинъекционная свая, содержащая бетонный ствол, изготовленный непосредственно в скважине, содержащий арматурный каркас в виде металлической трубы-инъектора, которая погружена в скважину с зазором до проектного отказа и снабжена на нижней части перфорированным участком с боковыми инъекционными отверстиями, расположенными ярусами от нижнего конца трубы-инъектора, при этом диаметр скважины составляет не более 3d, где d - наружный диаметр трубы-инъектора. Новым является то, что длина перфорированного участка составляет более 3d и не превышает L, где L - глубина скважины, а длина перфорированного участка составляет (0,2-0,7)L. Т.о. использование одной трубы с постоянным поперечным сечением в качестве армирующего каркаса упрощает конструкцию сваи - например, по сравнению с прототипом [патент RU 2188904, опубл. 10.09.2002], в котором труба имеет уширенный заостренный наконечник и снабжена манжетой, или с другим известным техническим решением [патент RU 2103443, опубл. 27.01.1998], в котором труба сваи содержит фланец, погружаемый в скважину.
Лучше, когда: диаметр скважины составляет (1,05-2,00)d; глубина скважины составляет (20-30)d; отношение внутреннего диаметра трубы-инъектора к ее внешнему диаметру составляет 0,80-0,95; диаметр инъекционных отверстий составляет (0,25-0,40)d. Указанные геометрические соотношения позволяют эффективно инъектировать цементно-песчаный раствор под давлением 0,2-0,4 МПа при изготовлении сваи, нижняя часть которой находится в устойчивом грунте средней прочности (с пределом прочности на одноосное сжатие более 25 МПа).
В одном ярусе может быть выполнено два или более отверстия с равным шагом по окружности сечения.
В каждом ярусе может быть выполнено по два отверстия, причем оси отверстий соседних ярусов в этом случае лучше выполнять взаимоперпендикулярными.
Расстояние между ярусами может составлять (0,5-3,0)d, и может быть равным, т.е. ярусы могут быть выполнены с равным шагом.
Верхняя часть трубы-инъектора, расположенная выше скважины, может быть заделана в бетонный армированный ростверк.
На верхней грани ростверка может быть установлена металлическая плита, при этом ростверк может быть снабжен анкерными болтами, которые прикреплены нижней частью к верхней части трубы инъектора и пропущены через отверстия в металлической плите.
Эффективное использование относительно простой конструкции предлагаемой сваи успешно апробировано для случая заглубления свай в устойчивые грунты ниже уровня слабых грунтов.
Также предлагается подпорная стенка на свайном фундаменте, в качестве свай которого использованы заявляемые буроинъекционные сваи, содержащие арматурный каркас в виде металлической трубы, верхняя часть которой использована в качестве оголовка. Подпорная стенка выполнена из бетонных блоков, неподвижно смонтированных ярусами один на другом, в качестве основания использован нижний блок, а по крайней мере верхний блок, установленный на нижний блок, имеет сквозное отверстие, являющееся смежным по вертикали с установочным отверстием в нижнем блоке. Общая полость, образованная названными отверстиями, армирована и забетонирована.
Общая полость может быть армирована арматурным прутом или каркасом из арматурной проволоки.
Общая полость может быть армирована с помощью верхней части металлической трубы, проходящей через установочное отверстие и входящей в сквозное отверстие верхнего блока.
Общая полость может быть образована установочным отверстием и сквозными отверстиями двух и более подряд блоков, установленных на нижний блок.
На верхний блок со сквозным отверстием может быть смонтирован сплошной бетонный блок или блоки.
Сваи могут быть расположены в два ряда, при этом оголовок сваи второго ряда также вставлен с зазором в сквозное установочное отверстие в нижнем блоке и забетонирован в нем.
Толщина нижнего блока или блоков лучше выполнять большей, чем толщину более верхнего блока или блоков.
Подпорная стенка может быть выполнена из двух или более смежных вертикальных рядов, каждый из которых выполнен из бетонных блоков, неподвижно смонтированных ярусами один на другом. При этом высота вертикальных рядов может убывать от ряда к ряду.
В качестве буроинъекционной сваи может быть использована вышеописанная предлагаемая свая.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 показана буроинъекционная свая с ростверком. На фиг.2 и 3 показаны два различных примера осуществления подпорных стенок на свайном фундаменте.
Изобретение поясняется на примерах.
Пример 1. Сваи фундамента опоры сотовой связи.
Фундамент опоры посажен в районе со следующими геологическими условиями: верхний слой до 1 м - щебенистый грунт с суглинистым заполнителем до 20%, плотность 2,10 г/см3, расчетное сопротивление Rc=0,45 МПа; ниже верхнего слоя - туфовый порфир сильно-трещиноватый средней прочности, плотность 2,33 г/см3, предел прочности на сжатие Rс=44/35 МПа. Фундамент содержит четыре буроинъекционные сваи, расположенные по углам квадрата со стороной 3 м. Каждая свая (см. фиг.1) изготовлена в предварительно пробуренной скважине 1 глубиною 3 м и диаметром 125 мм, в которую по центральной оси до упора вставляют трубу 2 длиною 3,3 м с приваренными к ее верхней части анкерными болтами 3. Труба 2 имеет наружный диаметр 114 мм и толщину стенки 4,5 мм, а ее нижняя часть на длине 1 м перфорирована отверстиями 4 диаметром 35 мм, расположенными в шахматном порядке ярусами с шагом 200 мм. В скважину 1 через трубу 2 под давлением 0,2-0,4 МПа инъектируют цементно-песчаный раствор 5 до излива чистого раствора из устья скважины 1, спрессовывают скважину 1. Оголовок сваи в виде верхнего конца трубы 2 заделывают в бетонный ростверк 6, армированный арматурой 7. Анкерные болты 3 пропускают через отверстия в металлической плите 8.
Пример 2. Подпорная стенка высотой 7-12 м (см. фиг.2).
Подпорная стенка опирается на два ряда буроинъекционных свай с трубами 2, аналогичных свае по примеру 1 (без ростверка и его деталей). Сваи установлены в шахматном порядке с шагом в ряду 1300 мм. Стенка выполнена из стандартных блоков УДБ 9, установленных в три вертикальных ряда. Общие полости 10, образованные отверстиями в блоках 9, армированы каркасом 11 из арматурной проволоки и забетонированы. В отверстия нижних крайних блоков 12 также забетонированы оголовки свай в виде верхней части труб 2. Пространство между стенкой и откосом заполнено обратной засыпкой из крупноблочного материала с размером фракций не менее 20 мм.
Пример 3. Подпорная стенка высотой (3-4 м) (см. фиг.3).
Подпорная стенка опирается на сваи с трубами 2 и устроена из блоков УДБ 9 подобно как в примере 1, за исключением того, что глубина заложения свай составляет 2 м, стенка выполнена однорядной, причем блоки 9 нижнего ряда выложены поперек стенки, оголовок одной из свай в виде верхней части трубы 2 пропущен через смежные отверстия в двух нижних блоках 9, а в верхних ярусах стенки уложены сплошные бетонные блоки 13, например блоки ФБС.
Приведенные примеры использованы только для целей иллюстрации возможности осуществления изобретения и ни в коей мере не ограничивают объем правовой охраны, представленный в формуле изобретения, при этом специалист в данной области техники относительно просто способен осуществить и другие пути осуществления изобретения.
1. Буроинъекционная свая, содержащая бетонный ствол, изготовленный непосредственно в скважине, содержащий арматурный каркас в виде металлической трубы-инъектора, которая погружена в скважину с зазором до проектного отказа и снабжена на нижней части перфорированным участком с боковыми инъекционными отверстиями, расположенными ярусами от нижнего конца трубы-инъектора, при этом диаметр скважины составляет не более 3d, где d - наружный диаметр трубы-инъектора, отличающаяся тем, что длина перфорированного участка составляет более 3d, не превышает L и составляет (0,2-0,7)L, где L - глубина скважины.
2. Свая по п.1, отличающаяся тем, что диаметр скважины составляет (1,05-2,00)d.
3. Свая по п.1, отличающаяся тем, что глубина скважины L составляет (20-30)d.
4. Свая по п.1, отличающаяся тем, что отношение внутреннего диаметра трубы-инъектора к ее внешнему диаметру составляет 0,80-0,95.
5. Свая по п.1, отличающаяся тем, что диаметр инъекционных отверстий составляет (0,25-0,40)d.
6. Свая по п.1, отличающаяся тем, что в одном ярусе выполнено два или более отверстия с равным шагом по окружности сечения.
7. Свая по п.6, отличающаяся тем, что в каждом ярусе выполнено по два отверстия, причем оси отверстий соседних ярусов взаимоперпендикулярны.
8. Свая по п.6, отличающаяся тем, что расстояние между ярусами составляет (0,5-3,0)d.
9. Свая по п.8, отличающаяся тем, что ярусы выполнены с равным шагом.
10. Свая по любому из пп.1-9, отличающаяся тем, что верхняя часть трубы-инъектора, расположенная выше скважины, заделана в бетонный армированный ростверк.
11. Свая по п.10, отличающаяся тем, что на верхней грани ростверка установлена металлическая плита.
12. Свая по п.11, отличающаяся тем, что ростверк содержит анкерные болты, прикрепленные нижней частью к верхней части трубы инъектора и пропущенные через отверстия в металлической плите.
13. Подпорная стенка на свайном фундаменте, в качестве свай которого использованы буроинъекционные сваи, выполненные по п.1, содержащая арматурный каркас в виде металлической трубы, верхняя часть которой использована в качестве оголовка, при этом подпорная стенка выполнена из бетонных блоков, неподвижно смонтированных ярусами один на другом, в качестве основания использован нижний блок, а по крайней мере верхний блок, установленный на нижний блок, имеет сквозное отверстие, являющееся смежным по вертикали с установочным отверстием в нижнем блоке, кроме того, общая полость, образованная названными отверстиями, армирована и забетонирована.
14. Стенка по п.13, отличающаяся тем, что общая полость армирована арматурным прутом или каркасом из арматурной проволоки.
15. Стенка по п.13, отличающаяся тем, что общая полость армирована с помощью верхней части металлической трубы, проходящей через установочное отверстие и входящей в сквозное отверстие верхнего блока.
16. Стенка по п.13, отличающаяся тем, что общая полость образована установочным отверстием и сквозными отверстиями двух и более подряд блоков, установленных на нижний блок.
17. Стенка по п.13, отличающаяся тем, что на верхний блок со сквозным отверстием смонтирован сплошной бетонный блок или блоки.
18. Стенка по п.13, отличающаяся тем, что сваи расположены в два ряда, при этом оголовок сваи второго ряда также вставлен с зазором в сквозное установочное отверстие в нижнем блоке и забетонирован в нем.
19. Стенка по п.13, отличающаяся тем, что толщина нижнего блока или блоков выполнена большей, чем толщина более верхнего блока или блоков.
20. Стенка по п.13, отличающаяся тем, что подпорная стенка выполнена из двух или более смежных вертикальных рядов, каждый из которых выполнен из бетонных блоков, неподвижно смонтированных ярусами один на другом.
21. Стенка по п.20, отличающаяся тем, что высота вертикальных рядов убывает от ряда к ряду.
