Буронабивной ступенчатый фундамент и способ его возведения

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для возведения буробетонных фундаментов повышенной несущей способности, в том числе для фундаментов с отметками подошвы, характерными для части фундаментов мелкого заложения. Буронабивной ступенчатый фундамент включает участки из буронабивной сваи, сформированные с использованием шнековой технологии. Нижняя ступень сформирована из четырех периферийных цилиндров диаметром D_св.н. и такой же высоты, центры которых расположены в вершинах квадрата с размером стороны d_св.н., а центр квадрата совпадает с центром опоры. Центральная опора, опирающаяся на четыре периферийных цилиндра нижней ступени, имеет нижнюю уширенную часть диаметром D_ц.ущ.=(1,0-1,2)D_св.н. и цилиндрический ствол диаметром D_св.в.=(0,6-0,8)D_св.н.; обрез фундамента находится на 0,7 м ниже поверхности земли. Способ возведения буронабивного ступенчатого фундамента включает формирование участков буронабивной сваи. При формировании четырех периферийных цилиндров диаметром D_св.н. поочередно пробуривается скважина диаметром d_шн.1, формируется - путем подачи рабочего материала этих цилиндров - каждый из периферийных цилиндров высотой D_св.н., а оставшаяся часть скважины заполняется с грунтовым материалом, в качестве которого может быть использован и грунт с данного объекта, при этом принимается шнек такого диаметра, чтобы для достижения требуемого диаметра D_св.н. использовать технологические приемы, позволяющие в минимальной степени - в 1,05 - 1,1 раза - увеличить диаметр сваи по сравнению с диаметром шнека d_шн.1 и в 1,1-1,2 раза по сравнению с d_шн.1 увеличить диаметр грунтовых свай. После формирования четырех периферийных цилиндров нижней ступени пробуривается путем прямого вращения и извлечения грунта на поверхность скважина диаметром d_шн.2 с центром, совпадающим с центром центральной опоры, глубиной до верха периферийных цилиндров нижней ступени, формируется нижняя уширенная часть центральной опоры, при формировании которой добиваются степени расширения этого участка В_ц.ущ/d_шн.2 от 1,5 до 2,0, а при формировании цилиндрического ствола степень расширения этого участка сваи D_св.в./d_шн.2 - от 1,2 до 1,5. Технический результат состоит в увеличении удельной, на единицу объема фундамента, несущей способности, расширении области применения фундамента, в том числе для устройства фундаментов с отметками подошвы, характерными для части фундаментов мелкого заложения. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области строительства, может быть использовано для возведения буробетонных фундаментов повышенной несущей способности, в том числе для фундаментов с отметками подошвы, характерными для части фундаментов мелкого заложения.

Известна конструкция и способ возведения буронабивной сваи (Сорочан Е.А. Фундаменты промышленных зданий. - М.: Стройиздат, 1986. - С.92-129). Его «устраивали буровым станком типа СО-2, имеющим набор шнеков диаметром 600 мм и уширитель циклического действия диаметром 1600 мм». Такие фундаменты менее трудоемки в изготовлении - литым бетоном заполняют разбуриваемые полости, они более экономичны (по сравнению с фундаментами мелкого заложения) - в работе участвуют как горизонтальные и наклонные опорные поверхности, так и боковые поверхности, соприкасающиеся с естественным ненарушенным грунтом. Но с этой же технологией связаны и органически вытекающие из нее недостатки: грунт вокруг фундамента остается неуплотненным, по величине расчетное сопротивление грунтов основания определяется таким же, как и для фундаментов мелкого заложения - в большинстве случаев сопротивление под нижним концом сваи существенно больше расчетного сопротивления грунта.

Наиболее близким по достигаемым техническим результатам, выполняемым действиям, применяемым механизмам и оборудованию является шнековый способ возведения буронабивной сваи (Патент RU №2135691. Способ возведения буронабивной сваи. Б.Ф.Галай) и сама свая, возведенная по этой технологии. Способ включает формирование скважины при обратном вращении шнекового снаряда при нагрузке его давлением, что позволяет уплотнять стенки скважины, подачу рабочего материала через устье скважины при обратном вращении шнекового снаряда, уплотнение рабочего материала при обратном вращении шнекового снаряда, извлечение шнекового снаряда производят при нагрузке его давлением путем выталкивания его из скважины уплотненным рабочим материалом. Существенными технологическими параметрами, обусловившими повышенную несущую способность буронабивной сваи, является то, что диаметр буронабивной сваи Д_св превышает первоначальный диаметр скважины, равный диаметру шнековой колонны d_щн., в 1,1÷2,5 раза. Это зависит от величины вертикального давления, передаваемого через шнековую колонну на формируемую буронабивную сваю, и сопротивления окружающего грунта расширению сваи. Расширение диаметра буронабивной сваи приводит к уплотнению грунта в межсвайном пространстве, к возникновению радиальных «технологических» напряжений в межсвайном пространстве и по боковой поверхности сваи. Это приводит к увеличению сил трения между сваей и окружающим грунтом, что увеличивает ее несущую способность (Столяров В.Г. Реконструкция и строительство городов Северного Кавказа: устройство грунтовых и бетонных свай шнековым способом в просадочных грунтах//Реконструкция исторических городов и геотехническое строительство: Тр. Междунар. конф. по геотехнике, посвященной 300-летию Санкт-Петербурга. - СПб, 17-19 сентября 2003 г. Том 2. С.219-222). Их несущая способность, как и у набивных свай виброштампованных и устраиваемых путем погружения инвентарных труб с теряемым башмаком (п.2.4а, б СНиП 2.02.03-85^*. Свайные фундаменты), будет выше, чем у других типов буронабивных свай, у которых окружающий сваю грунт уплотняется в меньшей мере или вообще не уплотняется.

В качестве рабочего материала в «Способе возведения буронабивной сваи» используют гравий и/или щебень, и/или сухой сыпучий суглинок, и/или бетонный раствор, и/или песок.

Указанный способ имеет следующие недостатки. При постоянном сечении буронабивной сваи мала удельная несущая способность сваи (в пересчете на единицу объема материала сваи), для увеличения удельной несущей способности сваи и увеличения нагрузок, которые могут быть восприняты фундаментом, необходимо увеличить долю вертикальных нагрузок, передаваемых через нижние концы буронабивных свай. Бетонные сваи не рекомендуется применять в водонасыщенных глинистых грунтах, а также в сейсмических районах; следовательно, область применения таких свай ограничена.

Технический результат, достигаемый при реализации заявленного изобретения, заключается в увеличении удельной несущей способности сваи и увеличении нагрузок, которые могут быть восприняты фундаментом, расширении области применения фундамента, в том числе для устройства фундаментов с отметками подошвы, характерными для части фундаментов мелкого заложения.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом фундаменте нижняя ступень сформирована из четырех периферийных цилиндров диаметром D_св.н. и такой же высоты, центры которых расположены в вершинах квадрата с размером стороны D_св.н., а центр квадрата совпадает с центром опоры; центральная опора, опирающаяся на четыре периферийных цилиндра нижней ступени, имеет нижнюю уширенную часть диаметром D_ц.уш.=(1,0...1,2)D_св.н. и цилиндрический ствол диаметром D_св.в.=(0,6...0,8) D_св.уш.; обрез фундамента находится на 0,7 м ниже поверхности земли. Для достижения указанного технического результата в качестве рабочего материала четырех периферийных цилиндров и центральной опоры использованы цементно-песчаная смесь и/или цементно-песчаная смесь с распределенными по объему отрезками армирующих нитей, обеспечивающих дисперсное армирование; и/или сухая бетонная смесь и/или сухая бетонная смесь с распределенными по объему отрезками армирующих нитей, обеспечивающих дисперсное армирование; и/или жесткий бетонный раствор с распределенными по объему отрезками армирующих нитей, обеспечивающих дисперсное армирование. Способ возведения буронабивного ступенчатого фундамента включает формирование четырех периферийных цилиндров диаметром D_св.н., для чего поочередно пробуриваются скважины диаметром d_шн.1, формируется путем подачи рабочего материала этих цилиндров каждый из периферийных цилиндров высотой D_св.н.; а оставшаяся часть скважины заполняется грунтовым материалом, в качестве которого может быть использован и грунт с данного объекта, при этом принимается шнек такого диаметра, чтобы для достижения требуемого диаметра D_св.н. использовать технологические приемы, позволяющие в минимальной степени - в 1,05÷1,1 раза - увеличить диаметр сваи по сравнению с диаметром шнека d_шн.1 и в 1,1÷1,2 раза по сравнению с d_шн.1 увеличить диаметр грунтовых свай, а после формирования четырех периферийных цилиндров нижней ступени пробуривается путем прямого вращения и извлечения грунта на поверхность скважина диаметром d_шн.2 с центром, совпадающим с центром центральной опоры, глубиной до верха периферийных цилиндров нижней ступени, формируется нижняя уширенная часть центральной опоры, при формировании которой добиваются степени расширения этого участка D_ц.уш/d_шн.2 от 1,5 до 2,0, а при формировании цилиндрического ствола степень расширения этого участка сваи D_св.в./d_шн.2 - от 1,2 до 1,5.

На фиг.1 показана конструкция буронабивного ступенчатого фундамента - вид сбоку.

На фиг.2 показан план буронабивного ступенчатого фундамента.

На фиг.3 показан этап возведения периферийных цилиндров нижней ступени (сечение А-А на фиг.2): слева показан возведенный железобетонный цилиндр нижней ступени, выше которого скважина заполнена грунтовым материалом; справа показан процесс укладки бетона в расположенный по диагонали периферийный цилиндр нижней ступени, предстоит заполнение скважины местным грунтом.

На фиг.4 (сечение А-А на фиг.2) показан этап возведения центральной опоры - возведена ее уширенная часть, начато возведение железобетонного центрального ствола опоры.

Конструкция буронабивного ступенчатого фундамента (фиг.1 и 2), состоящего из четырех цилиндров нижней ступени 1, уширенной части центральной опоры 2 и ее центрального ствола 3, характерна тем, что при передаче на него вертикальных нагрузок в его теле будут преобладать сжимающие напряжения (жесткий фундамент) и по расчету армирование не требуется. При использовании распределенных по объему отрезков армирующих нитей, обеспечивающих дисперсное армирование (нити стального троса длиной от 20 до 30 мм - при применении жесткого бетона или сухой бетонной смеси, состоящей из щебня мелкой фракции, песка и цемента - или нити из расплавленного базальта длиной 15÷20 мм при использовании цементно-песчаной смеси), фундаменты могут быть применены в водонасыщенных глинистых грунтах и в сейсмических районах. Таким образом, существенно - по сравнению с прототипом - расширяется область применения фундаментов. При формировании участков ступенчатого фундамента 1÷3 с использованием цементно-песчаной смеси и/или цементно-песчаной смеси с распределенными по объему отрезками армирующих нитей, обеспечивающих дисперсное армирование; и/или сухой бетонной смеси и/или сухая бетонной смеси с распределенными по объему отрезками армирующих нитей, обеспечивающих дисперсное армирование, гидратация цемента будет происходить за счет поровой воды, мигрирующей из грунта к цементу в указанных первоначально сухих смесях. Известно, что прочность бетона существенно увеличивается, если объем воды не превышает необходимого для гидратации цемента, а частое увеличение водоцементного отношения в бетонных растворах по сравнению с необходимым диктуется тем, что такие бетонные смеси легче уплотнять традиционными методами (например, вибрированием). Кроме этого, стоимость сухой бетонной или цементно-песчаной смеси ниже, чем обычного бетонного раствора. Применение указанных сухих смесей дает и технологические преимущества: при разбуривании скважины под центральную опору необходимая глубина будет контролироваться по подъему на поверхность сухой бетонной смеси из цилиндров нижней ступени 1, при этом будет обеспечена надежность сопряжения уширенной части центральной опоры 2 и цилиндров нижней ступени 1. Расположение обреза фундамента - верха цилиндрического ствола 3 центральной опоры - на 0,7 м ниже поверхности грунта связано с особенностями шнековой технологии: толщина буферного (неуплотненного) слоя рабочего материала - в пределах от 0,5 до 0,7 м.

Очередность возведения четырех цилиндрических опор 1 нижней ступени (фиг.2 и 3): шнековой колонной 4 пробуривается скважина 5 диаметром d_шн.1 (при обычном бурении с подъемом грунта на поверхность) до уровня подошвы цилиндрических опор 1 нижней ступени, затем (как и в прототипе - патент RU №2135691. Способ возведения буронабивной сваи /Б.Ф.Галай) при обратном вращении шнековой колонны и при передаче вертикального давления подается и уплотняется рабочий материал 6 фундамента. После возведения цилиндрической опоры 1 на полную высоту в скважину подается грунтовый материал 7, это может быть грунт с данного объекта. При его уплотнении формируется участок грунтовой сваи 8 с плотностью скелета грунта, превышающей плотность естественного грунта. Выполнение четырех участков грунтовых свай 8 необходимо (фиг.3 и 4): при их отсутствии возведение центральной опоры - устройство скважины 9, возведение уширенной части центральной опоры 2 и цилиндрического ствола 3 станет невозможным. При возведении центральной опоры (позиции 2 и 3) пробуривается скважина 9 диаметром d_шн.2 глубиной - до верха периферийных цилиндров 1. При их выполнении из сухой цементно-песчаной смеси или сухой бетонной смеси дополнительным признаком достижения необходимой глубины скважины 9 будет начало подъема на поверхность грунта этих рабочих материалов 6. При формировании уширенной части центральной опоры 2 добиваются степени расширения этого участка D_ц.уш/d_шн.2 от 1,5 до 2,0, а при формировании цилиндрического ствола 3 степень расширения этого участка сваи D_св.в./d_шн.2 - от 1,2 до 1,5 (см. фиг.4).

1. Буронабивной ступенчатый фундамент, включающий участки из буронабивной сваи, сформированные с использованием шнековой технологии, отличающийся тем, что нижняя ступень сформирована из четырех периферийных цилиндров диаметром D_св.н. и такой же высоты, центры которых расположены в вершинах квадрата с размером стороны D_св.н., а центр квадрата совпадает с центром опоры; центральная опора, опирающаяся на четыре периферийных цилиндра нижней ступени, имеет нижнюю уширенную часть диаметром D_ц.ущ.=(1,0-1,2)D_св.н. и цилиндрический ствол диаметром D_св.в.=(0,6-0,8)D_св.н.; обрез фундамента находится на 0,7 м ниже поверхности земли.

2. Буронабивной ступенчатый фундамент по п.1, отличающийся тем, что в качестве рабочего материала четырех периферийных цилиндров и центральной опоры использованы цементно-песчаная смесь, и/или цементно-песчаная смесь с распределенными по объему отрезками армирующих нитей, обеспечивающих дисперсное армирование, и/или сухая бетонная смесь, и/или сухая бетонная смесь с распределенными по объему отрезками армирующих нитей, обеспечивающих дисперсное армирование, и/или жесткий бетонный раствор с распределенными по объему отрезками армирующих нитей, обеспечивающих дисперсное армирование.

3. Способ возведения буронабивного ступенчатого фундамента, включающий формирование участков буронабивной сваи, отличающийся тем, что при формировании четырех периферийных цилиндров диаметром D_св.н. поочередно пробуривается скважина диаметром d_шн.1, формируется - путем подачи рабочего материала этих цилиндров - каждый из периферийных цилиндров высотой D_св.н., а оставшаяся часть скважины заполняется грунтовым материалом, в качестве которого может быть использован и грунт с данного объекта, при этом принимается шнек такого диаметра, чтобы для достижения требуемого диаметра D_св.н. использовать технологические приемы, позволяющие в минимальной степени - в 1,05-1,1 раза - увеличить диаметр сваи по сравнению с диаметром шнека d_шн.1 и в 1,1-1,2 раза по сравнению с d_шн.1 увеличить диаметр грунтовых свай, а после формирования четырех периферийных цилиндров нижней ступени пробуривается путем прямого вращения и извлечения грунта на поверхность скважина диаметром d_шн.2 с центром, совпадающим с центром центральной опоры, глубиной до верха периферийных цилиндров нижней ступени, формируется нижняя уширенная часть центральной опоры, при формировании которой добиваются степени расширения этого участка В_ц.ущ/d_шн.2 от 1,5 до 2,0, а при формировании цилиндрического ствола степень расширения этого участка сваи D_св.в./d_шн.2 - от 1,2 до 1,5.