Способ изготовления буронабивной сваи и устройство для его осуществления
Изобретение относится к строительству и может быть использовано для изготовления буронабивной сваи. Способ изготовления буронабивных свай в скважине включает ввод в скважину оболочки, подачу через оболочку взрывчатого вещества, подключенного к источнику электрического тока, подачу в скважину через оболочку твердеющего материала, закрывание отверстия оболочки. В полость оболочки, образованной отогнутыми участками оболочки, подают текучий агент, после этого производят инициирование поджига взрывчатой смеси. Затем в скважину подают твердеющий материал, после заполнения твердеющим материалом скважины оболочку перемещают в скважине возвратно-поступательно и в скважину подают твердеющий материал, после чего скважину оставляют до затвердевания твердеющего материала. Технический результат состоит в повышении несущей способности изготавливаемой сваи на действие вертикальных и горизонтальных нагрузок, снижении материалоемкости. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится области строительства и может быть применено для изготовления буронабивных свай.
Известен способ уплотнения грунта, включающий бурение скважины, укладку в скважину взрывчатого вещества и уплотнение скважины взрывом. Патент 2346111 C2, E02D 3/10, 2006.01.
Недостатком этого способа является то, что он не пригоден для изготовления буронабивных свай.
Для изготовления буронабивных свай известен способ уплотнения грунта, включающий бурение скважины, накатывание на стенке скважины резьбы и заполнение скважины бетоном. Патент 2254410 C1, E01C 19/28, 24.06.2004.
Для осуществления этого способа применяют устройство, включающее шнек и приспособление для накатки резьбы на стенке скважины и систему подачи бетона в скважину.
Недостатком этих способа и устройства является недостаточная несущая способность сваи.
Известен способ изготовления буронабивной сваи, который предусматривает образование скважины с использованием обсадной трубы, установку в скважину арматурного каркаса, рабочего разрядника, заполнение скважины твердеющим материалом и образование ствола с уширениями посредством производства на разных горизонтах высоковольтных электрических разрядов. Патент 2117726 E02D 5/34, 20.08.1998.
Недостатком этого способа является недостаточная несущая способность буронабивной сваи.
Известен способ изготовления буронабивной сваи с уширенной пятой. Патент 2322550 C1, E02D 5/44, 2006.01.
Этот способ изготовления буронабивной сваи с уширенной пятой изготовляют следующим образом.
Первоначально образуют скважину для сваи соответствующего диаметра.
В зависимости от грунта, в котором образуют скважину, скважина может быть образована путем бурения или прокола. Затем в скважину на электродах спускается один или несколько зарядов в виде патронов с недетонирующей смесью, содержащей горючее и окислитель. В качестве горючего используют твердый углерод из группы полиэтилен, полипропилен, полистирол, а в качестве окислителя - хлорат натрия или калия. Состав смеси и конструкция заряда в виде патрона, заполненного окислителем, окружающим углеводородсодержащие элементы в виде пленок или трубок, обеспечивают протекание реакции горения композиции в дефлаграционном режиме и выделение значительного количества энергии и газов. Срабатывание патронов в замкнутом объеме происходит при полном отсутствии дыма, запаха, а также мощной ударной, сейсмической и звуковой волн.
После спуска в скважину снаряженных патронов с недетонирующей смесью производят заполнение скважины бетонной смесью и осуществляют электрическое инициирование поджига недетонирующей смеси.
Устройство для осуществления этого способа включает систему подачи в скважину бетонной смеси, механизм подачи в скважину патронов, подключенных электродами к источнику электрического тока.
Недостатком этих способа и устройства является недостаточная несущая способность буронабивной сваи и неравномерность уплотнения грунта в скважине.
Наиболее близким прототипом, который принят в качестве ближайшего прототипа, является способ по патенту 2256029 C1, E02D 5/42.
Способ включает бурение скважины, заполнение скважины твердеющим материалом.
За прототип принят способ по патенту 2181410, E02D 5/34.
Способ включает бурение скважины ввод арматуры, заполнение скважины твердеющим материалом, уплотнение твердеющего материала и втрамбовывание его в грунт, при этом втрамбовывание твердеющего материала в грунт и его уплотнение производят путем нанесения последовательных ударов по твердеющему материалу, при этом одновременно формируют сваю путем нанесения последовательных ударов ударником. После каждого удара происходит уширение скважины за счет уплотнения окружающего грунта.
Недостатком этого способа является недостаточная несущая способность сваи, что влечет изготовление дополнительных свай.
Задачей изобретения является повышение несущей способности изготавливаемой сваи на действие вертикальных и горизонтальных нагрузок, а также снижение себестоимости изготовления буронабивной сваи.
Поставленная задача решается совокупным применением группы изобретений.
Ожидаемый технический результат от использования изобретения заключается в расширении области применения буронабивного способа сооружения сваи, повышении производительности и снижении себестоимости изготовления свай, повышении несущей способности сваи.
Технический результат достигается тем, что способ изготовления буронабивных свай в скважине включает ввод в скважину оболочки, подачу через оболочку взрывчатого вещества, подключенного к источнику электрического тока, подачу в скважину через оболочку твердеющего материала, закрытие отверстия оболочки, в полость оболочки, образованной ее отогнутыми участками, подают текучий агент, после чего производят инициирование поджига взрывчатой смеси, затем оболочку в скважине возвратно-поступательно перемещают, после этого оболочку поднимают и в скважину подают твердеющий материал, после заполнения твердеющим материалом скважины оболочку перемещают в скважине возвратно-поступательно и в скважину подают твердеющий материал, после уплотнения твердеющего материала оболочкой твердеющий материал оставляют в скважине до его затвердевания.
Способ осуществляют устройством, включающим камеру, сообщенную с системами подачи текучего агента и твердеющего материала, источник электрического тока, приводной реверсивный барабан с гибкой связью, оболочку, один конец которой закреплен по периметру камеры, а второй ее конец соединен стропами с гибкой связью, при этом оболочка может быть выполнена переменного сечения, при этом ее диаметр больше диаметра скважины, причем система подачи твердеющего материала сообщена с полостью скважины и с полостью, образованной отогнутыми участками оболочки.
На представленных чертежах изображено:
на фиг.1 - устройство для осуществления способа;
на фиг.2 - устройство с закрытой оболочкой;
на фиг.3 - устройство с поднятой оболочкой;
на фиг.4 - скважина, заполненная твердеющим материалом.
Устройство, изображенное на фиг.1, 2, 3, 4, выполнено из камеры 1, установленной на скважине 2. Камера 1 сообщена с системой 3 подачи текучего агента, например, компрессором, с системой 4, 5 подачи твердеющего материала, например, бетононасосом.
В камере 1 установлен приводной реверсивный барабан 6 с гибкой связью 7, например тросом. Стропы 8 соединяют гибкую связь 7 с концом 9 оболочки 10. Конец 11 оболочки 10 закреплен герметично по периметру камеры 1. Кабель 12 электрически соединяет патроны 13 с взрывчатым веществом и источником 14 электрического тока.
На фиг.2 изображена оболочка 10 после ее закрытия (конца 9) и герметизации полости 15 скважины 2. В полости 15 скважины 2 находится твердеющий материал 16, например бетонная смесь.
На фиг.3 изображено устройство, когда оболочка 10 поднята в крайнее верхнее положение.
Оболочкой 10 на стенке скважины сформированы углубления 17, которые в дальнейшем будут заполнены твердеющим материалом 16.
Для изготовления углублений 17 оболочку выполняют переменного сечения. Форма оболочки переменного сечения увеличивает несущую способность сваи, изготовленной в скважине.
Устройство, изображенное на фиг.1, 2, 3, 4, работает следующим образом.
В скважину 2 устанавливают камеру 1. Вращая барабан 6, опускают в скважину 2 оболочку 10 вместе с патронами 13 взрывчатого вещества. Патроны 13 опускают до дна скважины 2, при этом кабель 12 выходит через оболочку 10 в скважину 2. При опускании оболочки 10 конец 9 открывается. Так как оболочка 10 перекатывается, а кабель 12 с патронами 13 двигаются поступательно, то скорость перемещения патронов 13 в два раза больше, чем скорость перемещения оболочки 10. Поэтому патроны 13 проходят через оболочку 10 и поступают в полость 15. При этом конец 9 оболочки 10 открывается. Полость 15 сообщается с полостью камеры 1.
После этого системой 4 подают в камеру 1 твердеющий материал 16, который проходит через оболочку 10 в полость 15. После подачи заданной порции твердеющего материала в полость 15, вращая барабан 6, перемещают оболочку 10 вверх. В камеру 1 системой 3 подают текучий агент (сжатый воздух). Конец 9 оболочки 10 закрывается. Полость 15 герметизируется оболочкой 10. После этого подают электрический ток на патроны 13. За счет реакции взрывчатого вещества в полости 15 повышается давление, которое твердеющий материал втрамбовывает в грунт, уплотняя его.
Повышенное давление газов в полости 15 давит на оболочку 10, сжимая текучий агент в оболочке 10. Текучий агент давит на оболочку 10, которая уплотняет грунт. В это время реверсивно вращают барабан 6. Оболочка 10 возвратно-поступательно перекатывается по скважине 2, уплотняя грунт.
При этом системой 5 подают твердеющий материал 16 в полость, образованную оболочкой 10 и стенкой скважины 2. Твердеющий материал 16 по этой полости поступает в полость 15. Твердеющий материал 16 сжимает текучий материал в оболочке 10 и заполняет скважину 2. Возвратно-поступательным перекатыванием оболочки 10 твердеющий материал 16 втрамбовывается в грунт.
После уплотнения грунта и твердеющего материала 16 системой 5 закачивают в полость оболочки 10 твердеющий материал 16. После этого снова начинают уплотнять твердеющий материал 16 оболочкой 10. После уплотнения твердеющего материала 16 оболочку 10 поднимают вверх и полость скважины 2 заполняют твердеющим материалом 16, после этого оболочкой 10 давят на твердеющий материал 16. Скважину оставляют до затвердевания твердеющего материала 16.
После этого камеру демонтируют со скважины 2.
Пример.
Способ осуществляли устройством, изображенным на фигурах 1, 2, 3, 4.
Предлагаемый способ изготовления буронабивной сваи соответствующего диаметра осуществляли следующим образом.
Первоначально образуют скважину для сваи соответствующего диаметра. В зависимости от грунта, в котором образуют скважину, скважина может быть образована путем бурения или путем прокола.
Затем на скважину устанавливают камеру, изображенную на фиг.1.
В качестве горючего используют твердый углерод из группы полиэтилен, полипропилен, полистирол, а в качестве окислителя - хлорат натрия или хлорат калия. Состав смеси и конструкция заряда в виде патрона, заполненного окислителем, окружающим углесодержащие элементы в виде пленок, трубок, обеспечивают протекание реакции горения композиции в дефлаграционном режиме и выделение значительного количества энергии и газов. Срабатывание патронов в замкнутом объеме происходит в замкнутом объеме при полном отсутствии копоти, запаха, дыма, а также мощной ударной, сейсмической и звуковой волн.
После спуска в скважину снаряженных патронов с недетонирующей смесью производят заполнение скважины твердеющим материалом. После этого герметизируют скважину оболочкой. Затем инициируют поджиг недетонирующей смеси. Перед этим в оболочку подали текучий агент с заданным давлением (сжатый воздух) 0,8 МПа.
В качестве источника тока для электрического инициирования поджига недетонирующей смеси могут быть применены, например, взрывные машины конденсаторного типа. Гарантированный постоянный ток срабатывания для одного электровоспламенителя составляет 1,0 А. Напряжение, подаваемое на электровоспламенитель, может находится в пределах до 27 В.
После электрического инициирования поджига недетонирующей смеси происходит ее сжигание в дефлаграционном режиме с образованием камуфлетной полости в породе и последующим заполнением этой полости твердеющим материалом.
Размеры образующейся камуфлетной полости определяют путем предварительных расчетов и зависят от нагрузки, которую должна нести свая, и от породы, в которой осуществляют ее изготовление. Как показали эксперименты, для образования камуфлетной полости в породе, представленной пластичной глиной, требуется около 2 г недетонирующей смеси на 1 дм3 образующего объема камуфлетной полости. В плотном глинистом грунте этот показатель возрастает до 5 г/дм3.
При увеличения давления сжатого воздуха происходит уменьшение расхода недетонирующей смеси.
Увеличение несущей способности буронабивной сваи может быть достигнуто специальной конструкцией оболочки, которая выполняется из резинотехнической ткани.
В качестве твердеющего материала использовали цементнопесчаную смесь состава, кг/м3 уплотненного бетона:
| Цемент | 400 |
| Песок | 870 |
| Гравий с фракциями 5-10 мм | 392 |
| с фракциями 5-20 мм | 478 |
| Вода | 200 |
Первая свая была изготовлена предлагаемым способом с размещением нескольких патронов по оси скважины. Патроны заряжались составом, содержащим полиэтилен в трубках в количестве 11,6 мас.% и хлората натрия - 88,4%.
Прочность бетона через 7 суток составила 17-19 МПа, через 28 суток 32-34 МПа. Проектная прочность бетона была достигнута через 140 суток.
В качестве взрывчатой смеси также были использованы различные составы, состоящее из газообразных, жидких и твердых веществ.
Во всех опытах были получены результаты, повышающие несущую способность сваи.
1. Способ изготовления буронабивных свай в скважине включает ввод в скважину оболочки, подачу через оболочку взрывчатого вещества, подключенного к источнику электрического тока, подачу в скважину через оболочку твердеющего материала, закрывание отверстия оболочки, в полость оболочки, образованной отогнутыми участками оболочки, подают текучий агент, после этого производят инициирование поджига взрывчатой смеси, затем в скважину подают твердеющий материал, после заполнения твердеющим материалом скважины оболочку перемещают в скважине возвратно-поступательно и в скважину подают твердеющий материал, после чего скважину оставляют до затвердевания твердеющего материала.
2. Устройство для осуществления способа по п.1 включает камеру, сообщенную с системами подачи твердеющего материала и текучего агента и механизм подачи в скважину взрывчатого вещества, источник электрического тока, приводной реверсивный барабан с гибкой связью, оболочку, один конец которой закреплен по периметру камеры, а второй ее конец соединен стропами с гибкой связью.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оболочка выполнена переменного сечения.
4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что система подачи твердеющего материала сообщена с полостью отогнутыми участками.
5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что диаметр оболочки больше диаметра скважины.
