Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЩЕБЕНИСТОЙ НАБИВНОЙ СВАИ

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. грунтов.

Известен способ сооружения набивных свай и укрепления ими оснований [1], включающий образование скважины, заполнение скважины жестким сыпучим материалом (щебнем или песком), виброуплотнение и виброизвлечение виброштампа.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ строительства набивных свай [2], включающий образование лидерной 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 известных способов можно отнести большую трудоемкость и материалоемкость на единицу несущей способности. Изготовленные указанными способами сваи имеют низкую несущую способность, а вибрационное воздействие негативно сказывается на близко расположенные здания, сооружения и подземные коммуникации.

Задачей изобретения является улучшение физико-механических характеристик и строительных свойств грунтов: слабых, насыпных, водонасыщенных, заторфованных, заиленных, набухающих, пучинистых, просадочных и др. грунтов основания фундаментов строящихся и эксплуатируемых зданий, а также укрепления земляных сооружений.

Это достигается тем, что в способе изготовления щебенистой набивной сваи, включающем образование скважины без выемки грунта, заполнение скважины послойно щебнем с последующим уплотнением каждого слоя, согласно изобретению, образование коническо-цилиндрической скважины производят раскаткой, путем вытеснения грунта веретенообразным раскатчиком в околоскважинное пространство для формирования уплотненной зоны скважины, а затем порционно насыщают скважину щебнем с уплотнением каждой порции раскаткой, начиная с забоя скважины, при полном продольном усилии раскатчика до наступления момента условного равновесия, возникающего между реакцией отпора насыщенного щебнем грунта и продольным усилием раскатчика, при этом радиус уплотненной зоны щебнем около свайного пространства определяют по формуле:

где r - радиус поперечного сечения цилиндрической части раскатчика скважин, м;

ρ_d - начальная (до раскатки скважины) плотность грунта в сухом состоянии, т/м³;

ρ_ds - требуемая плотность в сухом состоянии после раскатки скважины, т/м³.

А расход щебня для заполнения раскатанной скважины определяют по формуле:

V=k·V₀, м³

где

- условный геометрический объем раскатанной скважины, м³;

d - диаметр раскатчика скважин по цилиндрической части, м;

l_ц - длина цилиндрической части раскатанной скважины;

l_k - длина конической части раскатчика скважин, м;

l_m=3d - длина насыщенного щебнем забоя ниже острия раскатанной скважин, м;

k=е₀/е_s - коэффициент, учитывающий способность структуры грунта околоскважинного пространства поглощать в себя щебень, д.е.;

e₀ - коэффициент пористости слабого грунта до раскатки скважин, д.е.;

е_s - коэффициент пористости грунта в уплотненной зоне околосвайного пространства, соответствующий значению ρ_ds на расстоянии от оси раскатанной скважины r_s=1,7d, д.е.

Изготовленные предложенным способом сваи обладают следующими преимуществами:

- обладают меньшей трудо-, энерго- и материалоемкостью на единицу несущей способности;

- повышают несущую способность грунтовых оснований в 2,5-4 раза;

- не создают вибрационное воздействие на близко расположенные здания, сооружения и подземные коммуникации при их изготовлении. Устранение просадочных свойств грунтов с помощью таких свай происходит за счет вытеснения грунта в околоскважинное пространство, формирования уплотненной зоны околоскважинного пространства и прорезки просадочного слоя щебенистым телом сваи. Наличие уплотненной зоны уменьшает пористость грунта.

Предложенное техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана раскатка скважины раскатчиком до проектной глубины путем вытеснения грунта в околоскважинное пространство; на фиг.2 показано насыщение забоя раскатанной скважины щебнем; на фиг.3 показано порционное насыщение ствола скважины, на фиг.4 показана готовая свая; на фиг.5 изображен график зависимости ρ_ds=f(r_s).

Способ изготовление щебенистой набивной сваи осуществляют следующим образом.

Вначале специальным веретенообразным раскатчиком (1) образуют коническо-цилиндрическую скважину (2). В процессе раскатки скважины грунт не выдают на поверхность, а вкатывают веретенообразным раскатчиком в окружающий скважину массив и формируют, таким образом, уплотненную зону (3). Далее порционно насыщают раскатанную скважину щебнем, начиная с забоя (4) скважины (2). Каждую порцию щебня уплотняют веретенообразным раскатчиком (1) путем передачи на него полного продольного осевого усилия, передаваемого на раскатчик установкой. Насыщение скважины щебнем производят до наступления момента условного равновесия, возникающего между реакцией отпора насыщенного щебнем грунта и полным продольным усилием, передаваемым на веретенообразный раскатчик установкой, формируя при этом, зону наибольшего уплотнения грунта (5). После изготовления сваи производят зачистку сваи до проектной отметки. В зависимости от грунтовых условий фактический диаметр (D, м) сваи превышает диаметр (d, м) веретенообразного раскатчика (по цилиндрической части в 1.1-1,3 раза, а фактическая глубина изготовленной данным способом сваи превышает глубину раскатанной скважины на (2,4-2,6)d. Радиус (r_s) уплотненной зоны околосвайного пространства, в пределах которого происходит изменение характеристик грунтов, определяют по формуле:

где r - радиус поперечного сечения цилиндрической части раскатчика скважин, м;

ρ_d - начальная (до раскатки скважины) плотность грунта в сухом состоянии, т/м³;

ρ_ds - требуемая плотность в сухом состоянии после раскатки скважины, т/м³.

Для определения (r_s, м), на котором располагается требуемая плотность грунта в сухом состоянии (ρ_ds), строят график (фиг.5), исходя из фактических значений радиуса (r) поперечного сечения веретенообразного раскатчика (1) и начальной плотности грунта в сухом состоянии (ρ_d).

А расход щебня для заполнения раскатанной скважины определяют по формуле:

V=k·V₀, м³

где

- условный геометрический объем раскатанной скважины, м³;

d - диаметр раскатчика скважин по цилиндрической части, м;

l_ц - длина цилиндрической части раскатанной скважины;

l_к - длина конической части раскатчика скважин, м;

l_m=3d - длина насыщенного щебнем забоя ниже острия раскатанной скважин, м;

к=е₀/е_s - коэффициент, учитывающий способность структуры грунта околоскважинного пространства поглощать в себя щебень, д.е.;

е₀ - коэффициент пористости слабого грунта до раскатки скважин, д.е.;

e_s - коэффициент пористости грунта в уплотненной зоне околосвайного пространства, соответствующий значению ρ_ds на расстоянии от оси раскатанной скважины r_s=1,7d, д.е.

Результаты исследования и анализа выполненных щебенистых набивных свай, формирования зоны околосвайного пространства свай показали, что длина щебенистой набивной сваи в зависимости от грунтовых условий превышает глубину раскатанной скважины на величину 2,7-3,2d - диаметра цилиндрической части раскатанной скважины. Накопленный опыт изготовления щебенистых набивных свай показал их эффективность в части экономии расходных материалов.

Источники информации

1. Патент России №2139975, кл. Е02D 5/34, 1999 г.

2. Патент России №2086733, кл. Е02D 5/34, 1997 г.