Способ изготовления буронабивных свай и устройство для его осуществления

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для изготовления буронабивных свай в слабых грунтах. Способ изготовления буронабивной сваи включает бурение или прокалывание скважины, опускание в нее арматурного каркаса, заполнение скважины твердеющим материалом и уплотнение и втрамбовывание его в грунт, при этом к арматурным стержням и верхнему арматурному кольцу закрепляют цилиндр, в котором установлена оболочка, в которой установлен тор, заполненный текучим агентом, при этом в оболочке выполнены полости, образованные отогнутыми участками оболочки, причем концы оболочки отогнуты и герметично закреплены по периметру тора, внутри оболочки установлен ударник с наконечником, системой подачи и удаления в одну из полостей подают текучий агент и удаляют его из другой полости. Оболочка начинает перекатываться в цилиндре, при этом оболочка давит на твердеющий материал в продольном и радиальном направлениях и впрессовывает его в грунт, причем оболочка и тор обжимают ударник и перемещают его вниз, при этом наконечник давит на твердеющий материал в продольном и радиальном направлениях, уплотнение и втрамбовывание твердеющего материала производят при возвратно-поступательном перемещении оболочки и ударника, по мере уплотнения твердеющего материала его при необходимости добавляют, после уплотнения твердеющего материала устройство удаляют из арматурного каркаса и в скважину добавляют твердеющий материал, до полного заполнения. Перед ударником в скважину устанавливают сваю лидер, которую заглубляют путем периодических ударов бойка по свае лидеру, дополнительно вдавливают в грунт путем разворачивания рукава, уложенного шлагами по ее периметру, причем разворачивание рукава производят подачей твердеющего материала в полости, оборудованные шлагами рукава. Технический результат состоит в повышении несущей способности сваи на действие вертикальных и горизонтальных нагрузок, снижении себестоимости изготовления сваи. 2 н.п. ф-лы, 2 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 С2, E02D 3/10 (2006.01), 10.02.2009.

Недостатком этого способа является то, что он не пригоден для изготовления буронабивных свай.

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 C1, E02D 5/34 (1995/01), 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), 20.04.2008.

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 по джига 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 способов устройства является недостаточная несущая способность буронабивной сваи и неравномерность уплотнения грунта в скважине.

Известен способ по патенту 2256029 C1, E02D 5/42 (2000.01), 10.07.2005.

Способ включает бурение скважины, заполнение скважины твердеющим электропроводным материалом с введенной в его состав гелеобразующей добавкой и подавают высоковольтные разряды с перемещением зоны возбуждения снизу вверх. От каждого разряда в результате возникающих гидравлических ударов происходит уширение скважины за счет уплотнения окружающего грунта.

Недостатком этого способа является недостаточная несущая способность буронабивной сваи и неравномерность уплотнения грунта в скважине.

Известен способ по патенту 2181410, E02D 534.

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.

За прототип примем патент РФ 2525896, включающий группу изобретений, в которой ожидаемый технический результат от использования изобретения заключается в применении способа, включающего изготовление буронабивной сваи, включающее бурение или прокалывание скважины, опускание в нее арматурного каркаса, заполнение скважины твердеющим материалом и уплотнение, и втрамбовывание его в грунт, при этом к арматурным стержням и верхнему арматурному кольцу закрепляют цилиндр, в котором установлена оболочка, в которой установлен тор, заполненный текучим агентом, при этом в оболочке выполнены полости, образованные отогнутыми участками оболочки, причем концы оболочки отогнуты и герметично закреплены по периметру тора, внутри оболочки установлен ударник с наконечником, системой подачи и удаления текучего агент и удаляют его из другой полости, оболочка начинает перекатываться в цилиндре, при этом оболочка давит на твердеющий материал в продольном и радиальном направлениях и впрессовывает его в грунт, причем оболочка и тор обжимают ударник и перемещают его вниз, при этом наконечник давит на твердеющий материал в продольном и радиальном направлениях, причем уплотнение и втрамбовывание твердеющего материала производят возвратно- поступательными перемещениями оболочки и ударника.

Техническим результатом изобретения является повышение несущей способности сваи на действие вертикальных и горизонтальных нагрузок, а также снижение себестоимости изготовления сваи.

Поставленная задача решается совокупным применением группы изобретений.

Ожидаемый технический результат от использования изобретения заключается в применении способа, включающего изготовление буронабивной сваи, бурением или прокалыванием скважины, опускание в нее арматурного каркаса, заполнение скважины твердеющим материалом и уплотнение, и втрамбовывание его в грунт, при этом к арматурным стержням и верхнему арматурному кольцу закрепляют цилиндр, в котором установлена оболочка, в которой установлен тор, заполненный текучим агентом, при этом в оболочке выполнены полости, образованные отогнутыми участками оболочки, причем концы оболочки отогнуты и герметично закреплены по периметру тора, внутри оболочки установлен ударник с наконечником, системой подачи и удаления в одну из полостей подают текучий агент и удаляют его из другой полости, оболочка начинает перекатываться в цилиндре, при этом оболочка давит на твердеющий материал в продольном и радиальном направлениях и впрессовывает его в грунт, причем оболочка и тор обжимают ударник и перемещают его вниз, при этом наконечник давит на твердеющий материал в продольном и радиальном направлениях, уплотнение и втрамбовывание твердеющего материала производят при возвратно-поступательном перемещении оболочки и ударника, по мере уплотнения твердеющего материала его при необходимости добавляют, после уплотнения твердеющего материала устройство удаляют из арматурного каркаса, а в скважину добавляют твердеющий материал, до полного заполнения.

Способ осуществляют устройством, включающим цилиндр, соединенный с арматурным каркасом, оболочку, в котором установлена оболочка, в которой установлен тор, заполненный текучим агентом, при этом в оболочке выполнены полости, образованные отогнутыми участками оболочки, причем концы оболочки отогнуты и герметично закреплены по периметру тора, внутри оболочки установлен ударник с наконечником, систему подачи и удаления текучего агента из полостей, образованных отогнутыми участками оболочки, систему подачи в скважину твердеющего материала, управление работой системой производится командоаппаратом.

Недостатками этого патента, включающего группу изобретений, являются:

- малая несущая способность сваи;

- сложность образования длинных свай.

За прототип примем патент 2525896 Е 02, 2016.15. 10.

Техническим результатом являются увеличение глубины изготовляемых свай и повышение несущей способности сваи, а также равномерность рабочей нагрузки по вертикали.

Технический результат достигается применением группы изобретений

На представленном рисунке 2 изображено устройство в разрезе для осуществления способа.

Это устройство установлено в скважине 1, в которой размещен арматурный каркас 2, выполненный из арматурных стержней 3, закрепленных на арматурных кольцах 4. На дневной поверхности установлен цилиндр 5 который частично заходит в скважину 1. Оболочка 6 концами 7 закреплена по периметру тора 8 который заполнен текучим агентом. В торе установлен ударник 9, который возвратно-поступательными движениями ударяет по бойку 10. Текучий агент периодически подается и отводится в полости 11, 12, через трубки 13, 14, системы 15.

Перед бойком 10 установлена свая лидер 16 по периметру которой закреплен конец рукава 17 хомутом 18. Рукав 19 с шлагами 20 уложен между сваей лидер и стенкой скважины и его 2-ой конец 21 закреплен на цилиндре 5 хомутом 22. Система 23 подачи твердеющего материала сообщена с полостью 24.

Работает устройство следующим образом.

Формируют (рис. 1) скважину 1 вращением шнекового снаряда 2 при нагрузке его давлением Р и при обратном вращении шнекового снаряда 2 для уплотнения стенок скважины 1. В результате формируют уплотненную зону 3. После формирование скважины (рис. 2) устанавливается свая лидер 16 с арматурным каркасом 2. Сверху фиксируется цилиндр 5 частично заглубленное в грунт. Рукав 19 укладывается шлагами 20 по периметру сваи лидер 16. Затем системой 23 в полость 24 подается твердеющий материал. Система 15 периодически возвратно-поступательными движениями подает текучий агент в полости 11, 12 и удаляет его из них. Боек 10 периодически ударяет по свае лидеру 16. Твердеющий состав 24 заполняет полости, образованные шлагами 20 рукава 19. Шлаги 19 разворачиваются и перемещают с ускорением сваю лидер 16. Увеличивая количество шлагов в рукаве мы регулируем скорость перемещения сваи и кинетическую энергию удара. При постоянном воздействии давления твердеющего состава на стенки скважины, создается переменное радиальное давление на грунт, которое обеспечивает равномерное уплотнение грунта по всей глубине скважины. После того как свая лидер переместится на заданную глубину и все шлаги развернутся, раскрывают хомут 18. Далее следует 2 варианта последующих операций. Либо рукав 19 оставляют в скважине, и он обладает гидроизоляционными свойствами (в зависимости от выбора материала рукава), либо извлекают. После этого системой 23 продолжается подача твердеющего состава, который при необходимости уплотняется бойком 10.

Проведенные патентные исследования не выявили изобретения с существенными схожими признаками, что позволяет выделить данную технологию как новую.

В патентах 2346111, 2254410, 2117726, 2322550, 2256029, 2181410 недостатками данных методов является невозможность обеспечения равномерно распределенного давления по вертикальным стенкам скважины в процессе уплотнения поскольку основная часть усилия трамбования передается вертикально по глубине малосжимаемого материала на дно скважины постепенное ступенчатое уплотнение грунта скважины начиная с дневной поверхности к ее забою, требуют больших трудозатрат кроме того эффективность гидравлического удара резко снижается при неплотном примыкании упругого элемента и трубы.

1. Способ изготовления буронабивной сваи, включающий бурение или прокалывание скважины, опускание в нее арматурного каркаса, заполнение скважины твердеющим материалом и уплотнение и втрамбовывание его в грунт, при этом к арматурным стержням и верхнему арматурному кольцу закрепляют цилиндр, в котором установлена оболочка, в которой установлен тор, заполненный текучим агентом, при этом в оболочке выполнены полости, образованные отогнутыми участками оболочки, причем концы оболочки отогнуты и герметично закреплены по периметру тора, внутри оболочки установлен ударник с наконечником, системой подачи и удаления в одну из полостей подают текучий агент и удаляют его из другой полости, оболочка начинает перекатываться в цилиндре, при этом оболочка давит на твердеющий материал в продольном и радиальном направлениях и впрессовывает его в грунт, причем оболочка и тор обжимают ударник и перемещают его вниз, при этом наконечник давит на твердеющий материал в продольном и радиальном направлениях, уплотнение и втрамбовывание твердеющего материала производят при возвратно-поступательном перемещении оболочки и ударника, по мере уплотнения твердеющего материала его при необходимости добавляют, после уплотнения твердеющего материала устройство удаляют из арматурного каркаса и в скважину добавляют твердеющий материал, до полного заполнения, отличающийся тем, что перед ударником в скважину устанавливают сваю лидер, которую заглубляют путем периодических ударов бойка по свае лидеру, дополнительно вдавливают в грунт путем разворачивания рукава, уложенного шлагами по ее периметру, причем разворачивание рукава производят подачей твердеющего материала в полости, оборудованные шлагами рукава.

2. Устройство для осуществления способа включает цилиндр, соединенный с арматурным каркасом, оболочку, в которой установлена оболочка, в которой установлен тор, заполненный текучим агентом, при этом в оболочке выполнены полости, образованные отогнутыми участками оболочки, причем концы оболочки отогнуты и герметично закреплены по периметру тора, внутри оболочки установлен ударник с наконечником, систему подачи и удаления текучего агента из полостей, образованных отогнутыми участками оболочки, систему подачи в скважину твердеющего материала, управление работой системы производится командоаппаратом, отличающееся тем, что в скважине дополнительно установлена свая лидер, по периметру которой шлагами уложен рукав, при этом один конец закреплен по периметру сваи лидер, а второй его конец отогнут и закреплен по периметру цилиндра, при этом полости, образованные шлагами рукава, сообщены с системой подачи твердеющего материала.