Способ изготовления в раскатанных скважинах набивных свай из грунто-шлаковой смеси

Авторы патента:

Ильичев Вячеслав Александрович (RU)

Саурин Анатолий Никифорович (RU)

Редькина Юлия Вячеславовна (RU)

Саурин Ярослав Анатольевич (RU)

Жадановский Борис Васильевич (RU)

Милютин Денис Николаевич (RU)

E02D5/34 - сваи из монолитного бетона и т.п., заливаемые при установке

Владельцы патента RU 2348756:

Саурин Анатолий Никифорович (RU)

Изобретение относится к фундаментостроению, в частности к возведению свайных фундаментов на грунтовых основаниях: насыпных и естественного сложения, обладающих специфическими (просадочными, набухающими, пучинистыми, плывунными, биогенными и другими) свойствами с применением шлаков черной металлургии. Способ изготовления в раскатанных скважинах набивных свай из грунтошлаковой смеси включает образование цилиндрическо-конической скважины без выемки грунта путем вытеснения грунта веретенообразным раскатчиком в околоскважинное пространство. Затем вначале насыщают забой раскатанной скважины порционно шлаковым щебнем до наступления момента условного равновесия между передаваемым на веретенообразный раскатчик полным продольным усилием и реакцией отпора насыщенного шлаковым щебнем забоя, после чего заполняют ствол раскатанной скважины последовательно: вначале подают порцию местного грунта, а после порции грунта подают порцию шлакового щебня с уплотнением каждой порции грунтошлаковой смеси по слою шлакового щебня раскаткой при полном продольном усилии на веретенообразный раскатчик, при этом объем порции грунта и шлакового щебня определяют экспериментально, в зависимости от характеристик местного грунта, а устье скважины также заполняют порцией шлакового щебня с последующим уплотнением раскаткой. При изготовлении сваи в мерзлом грунте или насыпных грунтах, имеющих крупные твердые включения диаметром больше диаметра формирующего цилиндра веретенообразного раскатчика предварительно бурят лидерную скважину диаметром не больше диаметра формирующего цилиндра веретенообразного раскатчика и глубиной не больше проектной глубины скважины, после чего пробуренную скважину раскатывают веретенообразным раскатчиком. Технический результат - преобразование строительных свойств и физико-механических характеристик насыпных грунтов и грунтовых оснований. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Известен способ строительства набивных свай (1), выбранный в качестве прототипа, включающий образование скважины без выемки грунта и заполнение ее твердеющим материалом, в качестве твердеющего материала используют жесткую сыпучую смесь, которую порционно, послойно подают в скважину, и каждый слой уплотняют.

К недостаткам известного способа можно отнести большую трудоемкость и материалоемкость на единицу несущей способности, необходимость применения относительно дорогостоящих привозных материалов (щебня, цемента), повышенные требования, предъявляемые к качеству материалов, технологии приготовления твердеющей смеси, качеству ее укладки и уплотнения, трудоемкость определения прочностных характеристик в теле сваи, недостаточная степень устранения влияния специфических свойств (просадочных, набухающих, пучинистых, биогенных и других) на несущую способность преобразованных оснований фундаментов. Изготовленные данным способом сваи имеют низкую несущую способность, а вибрационное воздействие негативно сказывается на близко расположенные здания, сооружения и подземные коммуникации.

Задачей изобретения является преобразование строительных свойств и физико-механических характеристик насыпных грунтов и грунтовых оснований естественного сложения, обладающих специфическими (просадочными, набухающими, пучинистыми, плывунными, биогенными и другими) свойствами, имеющих степень влажности не больше 0,7 с применением шлаков черной металлургии и местного (супесчаного, суглинистого или глинистого) грунта.

Это достигается тем, что в способе изготовления набивной сваи, включающем образование скважины без выемки грунта, заполнение скважины послойно твердеющим материалом с последующим уплотнением каждого слоя, согласно изобретению образование цилиндрическо-конической скважины до проектной глубины производят раскаткой, путем вытеснения грунта веретенообразным раскатчиком в околоскважинное пространство, а затем вначале насыщают забой раскатанной скважины порционно шлаковым щебнем до наступления момента условного равновесия между передаваемым на веретенообразный раскатчик полным продольным усилием и реакцией отпора насыщенного шлаковым щебнем забоя, после чего заполняют ствол раскатанной скважины последовательно: вначале порцию грунта, затем порция шлакового щебня, после подачи порции шлакового щебня производят уплотнение порций грунта и шлакового щебня раскаткой при полном продольном усилии на веретенообразный раскатчик, при этом объем порций грунта и шлакового щебня определяют в зависимости от характеристик грунта. Цикл повторяют до полного заполнения ствола скважины. Устье скважины заполняют порцией шлакового щебня с уплотнением раскаткой при полном продольном усилии на веретенообразный раскатчик. При изготовлении сваи в мерзлом грунте или насыпном грунте, имеющем крупные твердые включения, диаметром больше диаметра формирующего цилиндра веретенообразного раскатчика предварительно бурят лидерную скважину диаметром не больше диаметра формирующего цилиндра веретенообразного раскатчика и глубиной не больше проектной глубины скважины, после чего пробуренную скважину раскатывают веретенообразным раскатчиком.

Изготовленные предложенным способом сваи позволяют преобразовать строительные свойства и физико-механические характеристики насыпных грунтов и грунтовых оснований естественного сложения, обладающих просадочными, набухающими, пучинистыми, плывунными, биогенными и другими свойствами, и сформировать в сжимаемой зоне основания фундаментов преобразованного массива с требуемой несущей способностью, превышающей первоначальную (до изготовления набивной сваи из шлаков) в 2,7-3,3 раза и создать под фундаментом грунтошлаковый массив определенной толщины, набирающий прочность во времени.

Набивные сваи, выполняемые в раскатанных скважинах из грунтошлаковых материалов, обладают следующими преимуществами:

- обладают низкой себестоимостью, так как себестоимость шлакового щебня, по сравнению с себестоимостью щебня из природных горных пород, в 2-5 раз ниже;

- применение местного грунта значительно снижает расход шлакового щебня и затраты на устройство свай;

- шлаки черной металлургии подвержены различным видам распада, в том числе и силикатному, который сопровождается увеличением удельного объема в пределах 12%.

Увеличение удельного объема шлака в теле сваи приводит к увеличению плотности материала сваи и плотности грунта околосвайного пространства;

- продукты распада шлакового щебня обладают гидравлической активностью, позволяющей шлаковому заполнению раскатанной скважины, при определенных условиях, набирать прочность во времени;

- находящиеся в составе шлака химические соединения за счет протекания обменных физико-химических реакций с химическими соединениями грунтов способны образовывать устойчивые структурные связи.

Предложенное техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана технологическая последовательность изготовления набивных свай в раскатанных скважинах из шлаков; где поз.1, 2 - раскатка веретенообразным раскатчиком скважины до проектной глубины; поз.3 - засыпка в забой раскатанной скважины порции щебня; поз.4, 5, 6 - насыщение забоя раскатанной скважины порциями шлакового щебня с уплотнением каждой порции раскаткой; поз.7, 8, 9, 10, 11 - показано заполнение ствола скважины порциями грунта и шлакового щебня и уплотнение порций раскаткой; поз.12 - готовая свая. На фиг.2 показано насыщение забоя раскатанной скважины шлаковым щебнем. На фиг.3 - основные параметры раскатанной скважины. На фиг.4 показан рабочий орган веретенообразного раскатчика.

Способ изготовления в раскатанных скважинах набивных свай из грунтошлаковой смеси осуществляют следующим образом.

Вначале специальным веретенообразным раскатчиком (1) раскатывают цилиндрическо-коническую скважину (2) до проектной глубины и при необходимости в зависимости от степени влажности грунта с охлаждением раскатчика водой. Если раскатываемый грунт находится во влажном или насыщенном водой состоянии охлаждение водой не производят. В процессе раскатки скважины грунт не выдают на поверхность, а вкатывают веретенообразным раскатчиком в окружающий массив, образуя уплотненную зону (3). Затем производят насыщение забоя (4) раскатанной скважины (2) порциями шлакового щебня (5) до наступления момента условного равновесия между передаваемым на веретенообразный раскатчик полным продольным усилием и реакцией отпора насыщенного шлаковым щебнем забоя. После этого осуществляют заполнение ствола (6) раскатанной скважины (2) последовательно: за порцией местного грунта подают порцию шлакового щебня с последующим уплотнением обеих порций грунта и шлакового щебня через слой шлакового щебня методом раскатки при полном продольном усилии на веретенообразный раскатчик (1). Заполнение раскатанных скважин осуществляют порциями местного грунта, в котором раскатывают скважину, и шлакового щебня, имеющими определенное объемное соотношение (1:1, 1:2, 2:1) в зависимости от характеристики местного грунта, и определяют экспериментально до начала производства работ. После уплотнения раскаткой в раскатанной скважине (1) образовался слой из грунтошлаковой смеси (9). Цикл повторяют до полного заполнения ствола (6) раскатанной скважины (1). Устье (10) раскатанной скважины (1) заполняют порцией шлакового щебня, которую также уплотняют раскаткой. При изготовлении сваи в мерзлом грунте или насыпном грунте, имеющем крупные твердые включения, диаметром больше диаметра (d) формирующего цилиндра веретенообразного раскатчика предварительно бурят лидерную скважину диаметром не больше диаметра (d) формирующего цилиндра веретенообразного раскатчика и глубиной не больше проектной глубины скважины, после чего пробуренную скважину раскатывают веретенообразным раскатчиком. Лидерная скважина применяется для облегчения проходки раскатчиком мерзлого слоя грунта или насыпного грунта, имеющего крупные твердые включения.

Набивные сваи из шлаков в раскатанных скважинах применяют при следующих инженерно-геологических и гидрогеологических условиях: слабые грунты природного (естественного) сложения, в том числе обладающие специфическими свойствами, а также насыпные имеющие степень влажности не более 0,7, а грунтовые воды должны располагаться ниже или на уровне острия (забоя) раскатанной скважины. Нагрузки на сваи: сжимающие вертикальные и секущие наклонные. Конструктивная схема расположения набивных свай в раскатанных скважинах из грунтошлаковой смеси в плане подошвы фундаментов должна предусматривать применение контурных свай, которые значительно снижают возможность бокового расширения свай от передаваемых на фундамент нагрузок.

Источники информации

1. Патент России №2086733, Кл. Е02D 5/34, 1997 г.

1. Способ изготовления в раскатанных скважинах набивных свай из грунтошлаковой смеси, включающий образование скважины без выемки грунта, заполнение скважины послойно твердеющим материалом с последующим уплотнением каждого слоя, отличающийся тем, что образование цилиндрическо-конической скважины до проектной глубины производят раскаткой путем вытеснения грунта веретенообразным раскатчиком в около скважинное пространство, а затем вначале насыщают забой раскатанной скважины порционно шлаковым щебнем до наступления момента условного равновесия между передаваемым на веретенообразный раскатчик полным продольным усилием и реакцией отпора насыщенного шлаковым щебнем забоя, после чего заполняют ствол раскатанной скважины последовательно: вначале подают в ствол скважины порцию грунта, после порции грунта подают порцию шлакового щебня с уплотнением каждой порции грунтошлаковой смеси по слою шлакового щебня раскаткой при полном продольном усилии на веретенообразный раскатчик, при этом объем порции грунта и шлакового щебня определяют экспериментально до начала производства работ по результатам анализа характеристик местного грунта, при этом цикл повторяют до полного заполнения ствола раскатанной скважины, а устье раскатанной скважины заполняют порцией шлакового щебня с последующим уплотнением раскаткой веретенообразным раскатчиком.

2. Способ изготовления в раскатанных скважинах набивных свай из грунтошлаковой смеси по п.1, отличающийся тем, что при изготовлении свай в мерзлом грунте или насыпных грунтах, имеющих крупные твердые включения диаметром больше диаметра формирующего цилиндра веретенообразного раскатчика, предварительно бурят лидерную скважину диаметром не больше диаметра формирующего цилиндра веретенообразного раскатчика и глубиной не больше проектной глубины скважины, после чего пробуренную скважину раскатывают веретенообразным раскатчиком.

Изобретение относится к фундаментостроению, в частности к способам повышения несущей способности рыхлых и слабых грунтов, в том числе обладающих специфическими, просадочными, засоленными и другими свойствами.

Способ изготовления щебенистой набивной сваи // 2338032

Изобретение относится к строительству, в частности к возведению свайных фундаментов, и к технологиям улучшения физико-механических характеристик и строительных свойств слабых, насыпных, водонасыщенных, заторфованных, заиленных, набухающих, пучинистых, просадочных и др.

Способ изготовления комбинированной набивной сваи // 2334049

Изобретение относится к строительству, в частности к возведению свайных фундаментов и к технологиям повышения несущей способности слабых грунтовых оснований фундаментов, обладающих специфическими просадочными, набухающими, плывунными и другими свойствами.

Способ изготовления несущей комбинированной армированной набивной сваи // 2334048

Изобретение относится к строительству, в частности к способам возведения несущих комбинированных по материалу свай, имеющих жесткую заделку оголовка в монолитный ростверк (фундамент), преобразующих строительные свойства слабых, водонасыщенных, органогенных, рыхлых и других грунтов.

Способ образования буроинъекционной сваи // 2327007

Изобретение относится к области строительства, преимущественно к технологии сооружения оснований и фундаментов. .

Разрядное устройство для изготовления набивной сваи // 2318961

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при сооружении буронабивных свай постоянных и временных фундаментных конструкций и искусственных оснований.

Способ возведения набивной сваи // 2318960

Изобретение относится к строительству, а именно к технологии возведения сваи в грунтах, где не обеспечивается устойчивость стенок буровых скважин, может быть использовано для свайных фундаментов новых строящихся зданий и сооружений, реконструируемых старых зданий, а также сооружений самого различного назначения.

Способ возведения буроинъекционной сваи // 2304198

Изобретение относится к области строительства, а именно к способам возведения буронабивных и буроинъекционных свай при строительстве оснований и фундаментов. .

Способ возведения буронабивной сваи // 2303102

Изобретение относится к области строительства, а именно к способам возведения буронабивных свай при строительстве в непосредственной близости от стоящих зданий и сооружений, и может быть использовано при формировании свайных фундаментов сооружений различного назначения, в частности в слабых грунтах.

Способ возведения в грунте несуще-ограждающих конструкций с наружной гидроизоляцией и устройство для его осуществления // 2295005

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении бетонных несуще-ограждающих конструкций с наружной гидроизоляцией в грунте.

Способ изготовления в раскатанных скважинах набивной сваи из шлаков // 2351711

Способ изготовления в раскатанных скважинах набивных свай из грунтошлаковой смеси с активатором твердения // 2354780

Способ изготовления узла сопряжения сваи с существующим фундаментом при его усилении (варианты) // 2385384

Изобретение относится к области геотехнического строительства, а именно к изготовлению узла сопряжения сваи усиления с фундаментом

Способ изготовления основания из буровых свай // 2403341

Изобретение относится к области геотехнического строительства, а именно к изготовлению буронабивных и буроинъекционных свай в сложных грунтах, содержащих слабые или рыхлые, легко уплотняющиеся зоны

Способ в.с. скального устройства грунтобетонных свай // 2407860

Изобретение относится к строительству малоэтажных зданий и сооружений, а именно к способам устройства набивных свай, преимущественно в слабых песчаных, макропористых природных и насыпных пылевато-глиняных грунтах с естественной влажностью

Способ и оборудование для создания микросвай в почве, в частности, для закрепления регулируемых анкеров // 2451134

Изобретение относится к строительству, а именно укреплению почвы, усилению фундаментов, закреплению соединительных тяг к регулируемым анкерам

Грунтобетонная армированная свая и способ ее получения // 2467126

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении фундаментов, конструкций укрепления откосов и дамб, берегоукреплений и гидротехнических сооружений, обладающих высокими прочностными и жесткостными характеристиками

Способ устройства армопреобразующих бетонолитных набивных свай с уширениями в слабых водонасыщенных грунтах // 2506371

Изобретение относится к фундаментостроению и может быть использовано для повышения несущей способности слабых водонасыщенных грунтов природного или искусственного сложения путем формирования массива из армопреобразующих бетонолитных набивных свай с уширениями в основании фундаментов армопреобразованных массивов с заданными значениями несущей способности и устройства фундамента. Способ устройства армопреобразующих бетонолитных набивных свай с уширениями в слабых водонасыщенных грунтах включает выполнение цилиндрической скважины путем вращательно-поступательного погружения раскатчика на заданную глубину с вытеснением грунта в около скважинное пространство с помощью раскатчика и формирование при этом уплотненной зоны около скважинного пространства, заполнение цилиндрической скважины бетонной смесью. Тело армопреобразующей бетонолитной набивной сваи с уширениями выполняют путем погружения цельнометаллического раскатчика, выполненного из конических и цилиндрических сегментов и снабженного продольным бетонолитным каналом и наконечником с бетонолитными отверстиями, на проектную глубину путем его вращения по часовой стрелке и прилагаемого на него вертикального усилия вниз. Затем на проектной глубине передают на цельнометаллический раскатчик обратное вращение (против часовой стрелки), наконечник раскатчика поворачивается на 90° и открывает бетонолитные отверстия, через которые бетонная смесь под давлением 7-10 атм попадает в грунт и формирует в подошве сваи бетонное ядро требуемого объема. Затем снижают давление подачи бетонной смеси в цельнометаллический раскатчик и одновременно в направлении снизу-вверх, путем обратного вращения (против часовой стрелки) раскатчика, осуществляют его медленный подъем с постоянной скоростью и одновременной подачей через отверстия в наконечнике в грунт бетонной смеси под давлением 4-7 атм и формируют верхнюю цилиндрическую часть тела сваи. В случае необходимости формирования дополнительных уширений на заданной глубине останавливают подъем цельнометаллического раскатчика, вновь подают бетонную смесь под давлением 7-10 атм, формируют уширение требуемого объема, затем снижают давление бетонной смеси до 4-7 атм и с одновременным медленным подъемом с постоянной скоростью цельнометаллического раскатчика формируют цилиндрическую часть армопреобразующей бетонолитной набивной сваи с уширениями. Длину сваи определяют по приведенной зависимости. Бетонную смесь используют классом не ниже В7,5 на крупном заполнителе фракции 2-5 мм или 5-10 мм, причем при применении фракции крупного заполнителя 5-10 мм содержание частиц размером 10 мм не должно превышать 30%. Технический результат состоит в повышении несущей способности слабых водонасыщенных грунтов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ устройства армопреобразующих бетонолитных набивных свай в слабых водонасыщенных грунтах // 2506372

Изобретение относится к фундаментостроению и может быть использовано для повышения несущей способности слабых водонасыщенных грунтов природного или искусственного сложения путем формирования из армопреобразующих бетонолитных набивных свай в основании фундаментов армопреобразованных массивов с заданными значениями несущей способности. Способ устройства армопреобразующих бетонолитных набивных свай в слабых водонассыщенных грунтах включает выполнение цилиндрической скважины путем вращательно-поступательного погружения раскатчика на заданную глубину с вытеснением грунта в околоскважинное пространство с помощью раскатчика и формирование при этом уплотненной зоны околоскважинного пространства скважины, заполнение цилиндрической скважины бетонной смесью. Тело армопреобразующей бетонолитной набивной сваи выполняют путем погружения цельнометаллического раскатчика, выполненного из конических и цилиндрических сегментов и снабженного продольным бетонолитным каналом и наконечником с бетонолитными отверстиями, на проектную глубину путем его вращения по часовой стрелке и прилагаемого вертикального усилия подачи вниз. Затем формируют тело армопреобразующей бетонолитной набивной сваи диаметром, равным диаметру цилиндрического сегмента цельнометаллического раскатчика, в направлении снизу-вверх (от забоя условной скважины к устью) путем вращения цельнометаллического раскатчика против часовой стрелки, его медленного подъема вверх с заданной расчетной скоростью и одновременной подачей бетонной смеси под давлением 4-7 атм через открывшиеся отверстие в наконечнике - в грунт. Длину тела цилиндрической армопреобразующей бетонолитной набивной сваи, образованной медленным замещением тела цельнометаллического раскатчика бетонной смесью, определяют по приведенной зависимости. Бетонную смесь используют классом В7,5 на крупном заполнителе фракции 2-5 мм или 5-10 мм, причем при применении фракции крупного заполнителя 5-10 мм содержание в ней частиц размером 10 мм не должно превышать 30%. Технический результат состоит в повышении несущей способности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ сооружения буровой сваи // 2514079

Изобретение относится к области строительства, а именно - к технологии изготовления буровых железобетонных свай при сооружении оснований и фундаментов. Задача изобретения - исключение возможности контакта арматурного каркаса с грунтом основания путем обеспечения оперативного контроля сплошности ствола буровой сваи, контроля отсутствия в скважине пережимов, а следовательно, обеспечение надежности и долговечности сваи. Достигается это тем, что в способе сооружения формируемой в грунте буровой железобетонной сваи, включающем образование скважины, заполнение ее твердеющей, предпочтительно бетонной, смесью и погружение арматурного каркаса, контролируют, чтобы объем закачанной в скважину твердеющей смеси превышал объем извлеченного из скважины грунта, устанавливают, предпочтительно путем вывешивания над заполненной бетонной смесью скважиной, арматурный каркас или отдельную его секцию, с установленными фиксаторами защитного слоя бетона, совмещают продольную ось арматурного каркаса с продольной осью скважины, погружают каркас или секцию под собственным весом при поворотном или при возвратно-поворотном движении каркаса либо секции вокруг его продольной оси. При этом для контроля сплошности ствола всей сваи погружают до нижнего конца сваи арматурный каркас или его секцию, выполненный с габаритными размерами скважины в нижней части каркаса или его секции. А при посекционном погружении арматурного каркаса каждую очередную секцию временно вывешивают над скважиной, совмещают продольные стержни верхней и нижней секций, совмещают продольную ось очередной секции с продольной осью скважины, осуществляют стыковку верхней и нижней секций арматурного каркаса, погружают каркас на длину или на большую часть длины очередной секции. При необходимости нижние секции арматурных каркасов перед погружением охлаждают. А при несанкционированном стопорении погружения каркаса или его секции, его извлекают в скважину погружают заливочную колонну и прокачивают скважину новой бетонной смесью, после чего повторяют погружение арматурного каркаса. Или при несанкционированном стопорении погружения каркаса или его секции за счет образовавшегося пережима, каркас или его секцию извлекают, в скважину в зону стопорения погружают электродную систему и обрабатывают серией электрических разрядов, добавляя бетонную смесь, затем погружают заливочную колонну и прокачивают скважину новой бетонной смесью, после чего повторяют погружение арматурного каркаса или его секции. В качестве твердеющей смеси используют цементный раствор или пластичную мелкозернистую бетонную смесь подвижностью П4…П5, которая может содержать крупный заполнитель фракции до 10 мм. При этом в случаях, когда арматурный каркас, в процессе повторного погружения, например, после дополнительной проработки скважины, не погружается свободно, то погруженные части арматурного каркаса извлекают, и скважину перебуривают сразу или после набора бетоном минимальной прочности, обеспечивающей устойчивость стенок скважины, а после перебуривания скважины повторяют операции погружения арматурного каркаса под собственным весом. Кроме того, перед погружением арматурного каркаса в устье скважины устанавливают кондуктор. 8 з.п. ф-лы.