Способ изготовления буроинъекционной сваи с контролируемым уширением

Авторы патента:

Рачков Дмитрий Владимирович (RU)

Зазуля Юрий Владимирович (RU)

Самохвалов Михаил Александрович (RU)

Пронозин Яков Александрович (RU)

E02D5/46 - изготовляемые на стройплощадке путем нагнетания вяжущего материала в набивку из гравия или в грунт (упрочнение грунта вообще E02D 3/12)

Владельцы патента RU 2605474:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (RU)

Изобретение относится к фундаментостроению, в частности к технологии устройства буроинъекционных свай. Способ включает бурение скважины, монтаж арматурного каркаса, закачку инъекционного раствора определенным контролируемым давлением при помощи растворонасоса, опрессовку скважины. Арматурный каркас выполняют в виде трубы-инъектора с заглушкой в месте расположения мембраны-стакана и двумя или тремя зонами инъекционных отверстий диаметром 0,08-0,12d, где d - диаметр скважины. Первая зона отверстий располагается на концевом участке мембраны-стакана с шагом 0,5-0,6d в шахматном порядке, вторая зона вне концевой зоны с равным шагом 3-6d, и третья располагается в зоне усиления материала фундамента реконструируемого здания. Все отверстия перфорации закрываются резиновыми манжетами шириной 0,25-0,35d. На инъекторе устанавливаются два уплотнительных кольца диаметром, соответствующим диаметру скважины, на расстоянии 3-4d от двух его концов. Закачка инъекционного раствора осуществляется при помощи резинового шланга, на нижнем конце которого расположен пакер, а верхний конец соединен с насосной станцией. Для своевременного обнаружения возможного дефекта мембраны под верхним уплотнительным кольцом в трубе-инъекторе также имеется специальное отверстие. Технический результат - повышение несущей способности сваи. 6 ил.

Изобретение относится к фундаментостроению, в частности к технологии устройства буроинъекционных свай.

Способ включает бурение скважины, монтаж арматурного каркаса, закачку инъекционного раствора определенным контролируемым давлением при помощи растворонасоса, опрессовку скважины.

Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления буроинъекционной сваи с контролируемым уширением, главным отличием которого от других подобных изобретений является то, что арматурный каркас выполняют в виде трубы-инъектора с двумя или тремя зонами инъекционных отверстий и резиновой мембраной-стаканом, закрепленной герметично на ее конце, инъекционные отверстия выполняют диаметром 0,08-0,12d, где d - диаметр скважины, и располагают их в шахматном порядке равномерно во всех зонах, в первой зоне - на расстоянии 4-5d от конца, где закреплена резиновая мембрана-стакан, во второй и третьей по всей длине трубы-инъектора, закачка инъекционного раствора осуществляется при помощи резинового шланга на нижнем конце которого расположен пакер, а верхний конец соединен с насосной станцией [RU 2522358 С1, МПК6 E02D 5/46, опубл. 10.07.2014].

Недостатки данного способа следующие:

1. В процессе закачки раствора в трубу-инъектор резиновая мембрана-стакан увеличивается в размерах, свободно проникает в имеющийся зазор между инъектором и скважиной, растягивается по затрубному пространству и в конечный момент в точке сопряжения с трубой-инъектором разрывается, не успев в грунте образовать уширение заданных размеров;

2. Труба-инъектор не имеет заглушки на нижнем конце, а отверстия перфорации не закрыты манжетами, блокирующими обратное попадание раствора в трубу-инъектор, в результате чего в процессе перемещения пакера по стволу инъектора весь раствор, находящийся в уширении, свободно попадает во внутреннюю полость инъектора;

3. Отсутствует дополнительный контроль обнаружения дефекта мембраны-стакана, который может возникнуть при погружении инъектора в результате ее трения о стенки скважины в месте сопряжения с трубой-инъектором или при попадании острых предметов находящихся в грунте на глубине.

Требуемый технический результат предлагаемого изобретения состоит в повышении несущей способности сваи, технологичности ее изготовления и контролируемости рабочих параметров в результате доработки и решении всех выявленных недостатков прототипа.

Требуемый технический результат предлагаемого изобретения достигается за счет использования резиновой мембраны-стакана, закрепленной герметично на нижнем конце трубы-инъектора. Инъектор представляет собой металлическую трубу с заглушкой в месте расположения мембраны-стакана и двумя или тремя зонами инъекционных отверстий диаметром 0,08-0,12d (где d - диаметр скважины). Первая зона отверстий расположена на концевом участке мембраны-стакана с шагом 0,5-0,6d в шахматном порядке, вторая - вне концевой зоны с равным шагом 3-6d, и третья располагается в зоне усиления материала фундамента реконструируемого здания. Все отверстия перфорации закрываются резиновыми манжетами шириной 0,25-0,35d, которые защищают внутреннюю полость инъектора от попадания частиц слабого грунта во время его погружения в скважину (особенно под углом) и блокируют обратное попадание в трубу-инъектор инъекционного раствора во время его закачки. Также на инъекторе устанавливаются два уплотнительных кольца диаметром, соответствующим диаметру скважины (d): верхнее и нижнее. Верхнее устанавливается на расстоянии 3-4d от верхнего конца трубы-инъектора и обеспечивает удобство тампонирования затрубного пространства верхней части скважины цементно-песчаным раствором для предотвращения прорыва инъекционного раствора на поверхность во время его закачки. Нижнее устанавливается также на расстоянии 3-4d от заглушки и защищает резиновую мембрану-стакан от трения о стенки скважины (в месте сопряжения с трубой-инъектором) и препятствует ее свободному прониканию в затрубное пространство (перекрывая зазор между инъектором и скважиной) в процессе нагнетания инъекционного раствора. После достижения цементно-песчаным раствором затрубного пространства требуемой прочности в трубу-инъектор устанавливают пакер на уровне первой зоны инъекционных отверстий. В процессе нагнетания раствора в трубу-инъектор резиновая мембрана-стакан растягивается, упирается в нижнее уплотнительное кольцо и образует в грунте эллипсообразное уширение, размеры которого можно изменять путем регулирования (увеличения или уменьшения) объема подачи инъекционного раствора в трубу-инъектор. Для своевременно обнаружения возможного дефекта мембраны под верхним уплотнительным кольцом в трубе-инъекторе также имеется специальное отверстие. В случае дефекта мембраны раствор при нагнетании начнет заполнять затрубное пространство и через специальное отверстие попадет во внутреннюю часть трубы-инъектора и незамедлительно выйдет из него на поверхность - тем самым засвидетельствовав дефект мембраны. После образования уширения раствор подается во вторую зону расположения инъекционных отверстий для опрессовки стенок скважины по всей длине затрубного пространства и формирования ствола буроинъекционной сваи, а затем в третью зону для усиления материала фундамента реконструируемого здания.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена скважина 2, расположенная в грунте 1, арматурный каркас в виде трубы-инъектора 3 с двумя (или тремя) зонами перфорации, все отверстия перфорации закрыты резиновыми манжетами 4, на конце трубы-инъектора имеется приваренная заглушка 5 и расположена резиновая мембрана-стакан 6, закрепленная при помощи хомута 7, над которым установлено нижнее уплотнительное кольцо 8, а также расположенный в трубе-инъекторе 3 резиновый шланг 9 с пакером 10 на конце и забетонированное затрубное пространство в верхней части скважины 11, также снабженное верхним уплотнительным кольцом 12. Для своевременно обнаружения возможного дефекта мембраны-стакана 6 в месте ее закрепления над нижним уплотнительным кольцом 1 в трубе-инъекторе 3 также имеется специальное отверстие 13.

На фиг. 2 - изображен узел А фиг. 1 перед закачкой в трубу-инъектор 3 инъекционного раствора;

На фиг. 3 - изображен узел А фиг. 1 в процессе контролируемой закачки инъекционного раствора в трубу-инъектор 3;

На фиг. 4 - изображена растянутая резиновая мембрана-стакан 6 после закачки инъекционного раствора в трубу-инъектор 3 с образовавшимся в грунте 1 эллипсообразным уширением;

На фиг. 5 - изображен процесс закачки инъекционного раствора до контролируемого обжатия стенок скважины 2 по всей длине затрубного пространства с полным заполнением как трубы-инъектора 3, так и всего ствола скважины 2 через отверстия перфорации в ней;

На фиг. 6 - изображена изготовленная буроинъекционная свая с контролируемым уширением в теле усиливаемой конструкции фундамента реконструируемого здания.

Технологическая последовательность выполнения работ следующая. В грунте 1 бурится скважина 2 как прямо, так и под любым углом на заданную глубину, в которую монтируется арматурный каркас в виде трубы-инъектора 3 с двумя (или тремя) зонами инъекционных отверстий диаметром 0,08-0,12d (где d - диаметр скважины), равномерно расположенными на равном расстоянии друг от друга по всей длине трубы-инъектора 3 во второй и третьей зоне, и в шахматном порядке на расстоянии 3-4d в первой зоне от заглушки 5 нижнего конца трубы-инъектора 3, где закреплена резиновая мембрана-стакан 6. Для предотвращения обрушения или оплыва стенок скважины 2 бурение и все последующие работы, связанные с изготовлением буроинъекционной сваи с контролируемым уширением могут производиться под защитой обсадной трубы. Для предотвращения выхода инъекционного раствора во время закачки из скважины под действующим давлением на верхнем конце осуществляется тампонирование затрубного пространства 11 цементно-песчаным раствором.

В трубу-инъектор 3 подается резиновый шланг 9 на глубину, несколько превышающую расположение второй зоны инъекционных отверстий в стенке трубы-инъектора, на нижнем конце которого расположен пакер 10, а верхний конец соединен с растворонасосной станцией. Далее следует закачка инъекционного раствора в трубу-инъектор 3. При поступлении раствора пакер 10 увеличивается в размерах (распирается) плотно прилегает к стенкам трубы-инъектора 3, тем самым перекрывая межтрубное пространство, резиновая мембрана-стакан 6 растягивается и образует в грунте эллипсообразное уширение, размеры которого можно изменять путем регулирования (увеличения или уменьшения) объема подачи инъекционного раствора в трубу-инъектор 3. После закачки заданного объема раствора в мембрану-стакан для образования требуемых геометрических размеров уширения закачку раствора временно приостанавливают, перемещают резиновый шланг 9 с пакером 10 в верхнюю часть трубы-инъектора 3 (во вторую или третью зону расположения инъекционных отверстий) и возобновляют закачку раствора до контролируемого обжатия стенок скважины по всей длине затрубного пространства с полным заполнением как трубы-инъектора 3, так и всего ствола скважины 2 через инъекционные отверстия в ней.

Способ изготовления буроинъекционной сваи с контролируемым уширением, включающий бурение скважины, монтаж арматурного каркаса, закачку инъекционного раствора до контролируемого обжатия стенок скважины по всей длине затрубного пространства, отличающийся тем, что арматурный каркас выполняют в виде трубы-инъектора с заглушкой в месте расположения мембраны-стакана и двумя или тремя зонами инъекционных отверстий диаметром 0,08-0,12d, где d - диаметр скважины, первая зона отверстий располагается на концевом участке мембраны-стакана с шагом 0,5-0,6d в шахматном порядке, вторая - вне концевой зоны с равным шагом 3-6d, и третья располагается в зоне усиления материала фундамента реконструируемого здания, все отверстия перфорации закрываются резиновыми манжетами шириной 0,25-0,35d, также на инъекторе устанавливаются два уплотнительных кольца диаметром, соответствующим диаметру скважины, на расстоянии 3-4d от двух его концов, закачка инъекционного раствора осуществляется при помощи резинового шланга, на нижнем конце которого расположен пакер, а верхний конец соединен с насосной станцией, для своевременно обнаружения возможного дефекта мембраны под верхним уплотнительным кольцом в трубе-инъекторе также имеется специальное отверстие.

Изобретение направлено на упрощение контроля качества изготовления свай по струйной геотехнологии jet-1 и снижение трудозатрат за счет исключения работ по контрольному бурению, отбору и испытанию кернов.

Буроинъекционная свая с наклонными локальными уширениями // 2524077

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при устройстве анкерных креплений котлованов, а также свайных фундаментов. Буроинъекционная свая с наклонными локальными уширениями включает долото, штанги, соединительные муфты и муфты-коронки, с полостями в буровых лопастях, в которых установлены запорные элементы.

Способ изготовления буроинъекционной сваи с контролируемым уширением // 2522358

Изобретение относится к фундаментостроению, в частности к технологии устройства буроинъекционных свай. Способ изготовления буроинъекционной сваи с контролируемым уширением включает бурение скважины, монтаж арматурного каркаса в виде трубы, инъецирование цементно-песчаного раствора до контролируемого обжатия стенок скважины по всей длине затрубного пространства.

Свая // 2462557

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в фундаментах, воспринимающих значительные вертикальные и горизонтальные нагрузки (например, фундаментов зданий в сейсмических районах).

Способ возведения буронабивной сваи // 2364683

Изобретение относится к строительству, в частности к способам возведения свай, и может быть использовано в промышленном и гражданском строительстве. .

Способ возведения буронабивной сваи-инъектора // 2332540

Свая // 2303103

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении фундаментов, воспринимающих значительные вертикальные и горизонтальные нагрузки.

Способ возведения инъекционной сваи (варианты) // 2263745

Изобретение относится к строительству, в частности к способам возведения свайных оснований и фундаментов преимущественно в слабых грунтах, и может быть использовано в промышленном и гражданском строительстве как при возведении новых зданий и сооружений, так и при усилении фундаментов старых, поврежденных или требующих реконструкции.

Способ возведения буронабивной сваи-инъектора // 2260093

Способ изготовления сопряжения проезжей части моста с насыпью // 2256747

Способ сооружения буронабивной сваи // 2634759

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для изготовления буронабивных свай при усилении существующих фундаментов. Способ сооружения буронабивной сваи включает бурение скважины, заполнение ее бетонной смесью и опрессовку грунта стенок скважины. После заполнения бетонной смесью скважины сверху устанавливают трубу-кондуктор, выполненную с эластичной оболочкой по окружности для герметизации затрубного пространства скважины, подают в оболочку сжатый воздух или воду под давлением до 0,5 МПа посредством автономного пакера до увеличения размера оболочки, превышающего затрубное пространство на 20-30%. Производят опрессовку грунта стенок скважины путем подачи бетонной смеси под избыточным давлением 0,2-0,3 МПа в течение 5-10 мин через трубу-кондуктор, с последующим погружением в бетонную смесь арматурного каркаса. Технический результат состоит в повышении несущей способности сваи путем эффективного уплотнения стенок грунта скважины, снижении расхода бетонной смеси за счет исключения утечки в процессе опресовки, повышении производительности труда. 1 ил.

Способ устройства инъекционной сваи // 2637002

Изобретение относится к строительству, а именно к устройству свайных фундаментов, преимущественно в слабых грунтах, и может быть использовано в промышленном и гражданском строительстве как при усилении фундаментов, так и при возведении новых. Способ устройства инъекционной сваи, согласно которому устройство скважины производят без извлечения грунта путем вдавливания в грунт инъекторной трубы с конусным наконечником, состоящим из диска и режущих пластин, с одновременным нарезанием на стенках скважины продольных пазов и образованием зазора между стенками образуемой скважины и инъекторной трубой. После погружения инъекторной трубы до проектной отметки в нее нагнетают под давлением твердеющий раствор, заполняя последним устроенную скважину, причем зону грунта вокруг скважины и снизу уплотняют. В грунт вдавливают неперфорированную инъекторную трубу с цилиндрическим уширением в нижней части, концы которого скошены в сторону инъекторной трубы, образуя верхний и нижний конусы. После погружения инъекторной трубы до проектной отметки ее извлекают из скважины, оставляя в скважине наконечник. Нагнетание твердеющего раствора производят одновременно с извлечением инъекторной трубы, заполняя устроенную скважину твердеющим раствором снизу вверх. Зону грунта вокруг скважины уплотняют при вдавливании и при извлечении инъекторной трубы из скважины поверхностями нижнего и верхнего конусов уширения инъекторной трубы соответственно. После извлечения инъекторной трубы в твердеющий раствор погружают арматурный каркас. Технический результат состоит в повышении несущей способности фундамента, а также технологичности изготовления его в слабых грунтах. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.