Забивные сваи в пробитых скважинах с уширенным основанием


Устройство забивной сваи в пробитой скважине с уширенным основанием

Изобретение относится к области строительства, в частности к возведению фундаментов глубокого заложения из сборных (заводской готовности) забивных свай в пробитых скважинах с уширенным основанием-пятой, т.е. из наиболее распространенных в практике строительного производства призматических, круглого сечения и т.п.преимущественно железобетонных свай в просадочных грунтах с I типом грунтовых условий, насыпных, высокопористых глинистых, песчаных и др. слабых грунтах с пониженной несущей способностью в их природном или техногенном сложении.

В настоящее время широко применяются в различных грунтовых условиях забивные призматические, реже пирамидальные, ромбовидные и др. сваи (СП 50-102-2003. Проектирование и устройство свайных фундаментов. Госстрой России. М., 2004; СП 24.13330.2011. Свайные фундаменты. М., 2011).

Однако этим сваям присущи следующие недостатки, основными из которых являются:

невысокая несущая способность свай в слабых и др. грунтах и особенно при опирании их на грунты с высокой сжимаемостью;

невозможность погружения свай в прочные и плотные - слабоуплотняющиеся грунты без лидерных скважин, т.е. без предварительно пробуренных (с выбуриванием грунтов) скважин и которые характеризуются существенным (до 2-х раз) снижением несущей способности по их боковой поверхности.

Известны и широко применяются в различных грунтовых условиях свайные фундаменты из набивных в пробитых скважинах, а также буроопускных свай, выполняемые:

а) с помощью пневмопробойника с последующим заполнением скважины жесткой бетонной смесью и повторным погружением в нее пневмопробойника с образованием сваи диаметром до 14-26 см (Казаков Ю.Н., Буланкин Н.Ф., Стоян Ю.Ф. Технология устройства набивных свай пневмопробойниками // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 1995, №1);

б) путем погружения в грунт сваебойной установкой конической инвентарной трубы-пробивного сердечника диаметром поверху 0,4-0,6 м, понизу 0,05-0,15 м с помощью сваебойного оборудования (Крутов В.И., Сорочан Е.А., Ковалев В.А. Фундаменты мелкого заложения. М.: Издательство АСВ, 2009); В.И. Крутов, А.С.Ковалев, В.А. Ковалев. Проектирование и устройство оснований и фундаментов на просадочных грунтах. - М.: Издательство АСВ, 2013). В рыхлых глинистых грунтах скважины заполняются жесткой бетонной смесью с последующим погружением в нее инвентарной трубы-сердечника;

в) путем устройства уширенного основания из втрамбованного в дно скважины жесткого грунтового материала с помощью специального навесного оборудования на грузоподъемные механизмы или сваебойных установок (СТО 36554501-018-2009. Стандарт организации. Проектирование и устройство свайных фундаментов и уплотненных оснований из набивных свай в пробитых скважинах. НИЦ «Строительство», 2010; Крутов В.И., Кагай В.К., Глухов B.C. Фундаменты из набивных свай в пробитых скважинах // Основания, фундаменты и механика грунтов, 2011, №2);

г) путем забивки молотом обсадной трубы на чугунном или железобетонном конусе-теряемом башмаке (сваи «Вибро» и их модификации) до требуемой глубины или расчетного отказа, установки арматурного каркаса и заполнения трубы пластичной бетонной смесью с извлечением обсадной трубы из скважины при помощи прицепного устройства и канатного блока или вибратора (Ганичев И.А. «Устройство искусственных оснований и фундаментов» - 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Стройиздат, 1981);

д) путем бурения скважин на заданную глубину и, как правило, не менее чем на 1 м заглубления в подстилающий слой с повышенной прочностью и несущей способностью, устройства камуфлетного уширения под слоем литой бетонной смеси, опускания в скважину через уширение из бетонной смеси сборной железобетонной сваи с вдавливанием ее в подстилающий несущий слой, заполнения зазоров между сваей и стенками скважины грунтом, литой бетонной смесью или др. схватывающимся раствором (СП 50-102-2003. Проектирование и устройство свайных фундаментов. Госстрой России. 2004).

Основными недостатками приведенных выше технических решений, поименованных выше конструкций и способов устройства свайных фундаментов соответственно в п. «а»-«д» являются:

- ограниченная область применения таких свай из-за сравнительно небольших диаметра до 0,14 и в некоторых случаях до 0,26 м и глубины устройства до 2-6 м, а также невозможность выполнения в грунтах с наличием прослойков или даже линз с повышенной плотностью и прочностью и тем более в толще плотных грунтов;

- неполное использование несущей способности грунтов под торцом сваи из-за малой его площади, не превышающей 0,002-0,018 м2; необходимость использования двух видов бетонной смеси, а именно жесткой бетонной на крупном заполнителе для вдавливания ее в боковую поверхность скважины при возможном повторном погружении пробивного сердечника и литой на мелком заполнителе при бетонировании ствола сваи; затруднение и часто невозможность повторного погружения пробивного сердечника в скважину, заполненную жесткой бетонной смесью при наличии прослойков и линз достаточно прочных и плотных, в том числе маловлажных глинистых грунтов; низкая несущая способность таких свай в глинистых грунтах с повышенной влажностью, а также плотных и маловлажных грунтах в связи с отсутствием возможности вдавливания жесткой бетонной смеси в стенки скважины;

- отсутствие специального навесного оборудования на грузоподъемные и транспортные механизмы и необходимость его кустарного изготовления;

- относительно низкая несущая способность на вертикальные и тем более на моментные и горизонтальные нагрузки;

- практически полное исключение в передаче нагрузки на грунт основания по боковой поверхности сваи и по всей ее длине на вертикальные и горизонтальные нагрузки, вследствие чего эти сваи целесообразно применять только при прорезке заторфованных и др. грунтов с наличием в них слоев торфов, а также в самоуплотняющихся от собственного веса просадочных с II типом грунтовых условий и неслежавшихся насыпных грунтах.

Кроме того, общим недостатком всех приведенных выше фундаментов является значительный (до 0,2-0,5 месяца) перерыв в производстве работ нулевого цикла, необходимый для набора прочности бетона набивных свай до требуемых значений, вследствие чего существенно увеличиваются сроки строительства.

Наиболее близким аналогом к заявленному способу является способ возведения свайного фундамента из забивных свай на просадочных грунтах с II типом по просадочности, принятый за прототип, из которого известно устройство свайного фундамента с образованием скважин, оси которых совпадают с проектным положением осей свай и заполненных дренирующим материалом, при этом сваи выполнены с возможностью замачивания и погружения в скважины, которые образуют на всю глубину просадочного грунта с заглублением в подстилающий непросадочный грунт. После заполнения скважин дренирующим материалом осуществляют обвалование территории по периметру сооружения, покрывают обвалованную площадь слоем дренирующего материала, причем замачивание осуществляют путем заливки воды на обвалованную территорию и выдерживания в течение 15-30 дней, после чего погружают сваи в скважины (SU 885446, 30. 11.1981).

По способу возведения свайного фундамента по SU 885446 необходимо отметить следующее:

а) рассматриваемый способ устройства фундамента распространяется только на просадочные грунты с II типом грунтовых условий, в которых возможна просадка грунта от его собственного веса, а способ по предлагаемой заявке только на просадочные грунты с I типом по просадочности, т.е. при отсутствии просадки от собственного веса;

б) в соответствии с ранее действующими (Руководство по производству и приемке работ при устройстве оснований и фундаментов. НИИОСП им. Н.М. Герсеванова. М.: Стройиздат. 1977; Крутов В.И., Галицкий В.Г. и др. Уплотнение просадочных грунтов. М.: Стройиздат, 1974) и сохранившимися до настоящего времени требованиями (Пособие по проектированию оснований и фундаментов зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83). НИИОСП им. Н.М. Герсеванова. М.: Стройиздат, 1986) дренажные скважины должны выполняться путем бурения с выборкой грунта без создания вокруг и под ними уплотненных зон. В случаях выполнения скважин путем пробивки и создания вокруг них уплотненных зон весьма существенно снижается фильтрационная способность дренажных скважин, т.е. они будут выполнять функцию армирующих элементов и сдерживать интенсивность уплотнения грунтов, поэтому оказываются не эффективными;

в) для того чтобы обеспечить создание вокруг и особенно под сваей уплотненных зон, при которых достигается повышение несущей способности сваи, необходимо снижение влажности грунтов от полного водонасыщения ωs до значения, близкого к оптимальной влажности ω0, обычно равной ω0=ωр (ωр - влажность на границе пластичности). Такое снижение влажности, как правило, происходит в течение 10-20 суток после прекращения замачивания, т.е. только спустя это время следует погружать забивную сваю в дренажную скважину. В связи с чем, если погружать сваю сразу же после прекращения замачивания, когда грунт находится в состоянии практически полного водонасыщения (степень влажности Sr≥0,8-0,9), то погружение сваи будет происходить практически без уплотнения околосвайного грунта и главным образом за счет выпора грунта в стороны с весьма существенным подъемом его поверхности вокруг скважины и частичным разуплотнением грунта вокруг и под сваей.

Таким образом, от момента выполнения дренажной скважины до погружения в нее забивной сваи по SU 885446 требуется около 2-3-х месяцев. По предлагаемой заявке это время может быть сокращено в зависимости от грунтовых условий до нескольких (1-2-х) часов;

г) выполнение дренажных скважин с заглублением их в непросадочный подстилающий несущий слой по SU 885446 неизбежно приводит к снижению прочностных и деформационных характеристик этих грунтов (особенно при их глинистом составе) и тем самым к снижению несущей способности забиваемой в последующем сваи, а также увеличению ее длины;

д) в SU 885446 не указываются пределы изменения диаметра дренажных скважин, которые могут в большей степени, чем их глубина, определять эффективность повышения несущей способности забивной сваи.

Задача, на решение которой направлена предложенная заявка, заключается в создании устройства свайного фундамента из забивных свай в пробитых скважинах с уширенным основанием-пятой, которое исключало бы указанные выше недостатки.

Технический результат, достигаемый при реализации данного способа, заключается в повышении несущей способности свай и эффективности применения свайных фундаментов за счет использования только одной сваебойной установки как при пробивке скважин, так и при повышении несущей способности свай путем создания уширенного основания из втрамбованного-уплотненного жесткого грунтового материала в нижней, а также при необходимости и в верхней части забивной сваи.

Указанный технический результат в способе устройства забивной сваи, заключающемся в образовании скважины, заполненной без уплотнения уплотняющимся грунтом, и погружении в нее железобетонной сваи, достигается тем, что скважину образуют путем пробивки ее с использованием сваи с башмаком-пробойником в нижней части, над которым затем формируют уширенное основание из послойно отсыпанного и уплотненного жесткого грунтового материала, поверх которого отсыпают без уплотнения грунтовый материал с последующим погружением в него забивной железобетонной сваи и окончательным формированием уширенного основания в его верхней части и уплотненной зоны как в нижней части, так и по боковой поверхности забивной сваи.

Для пробивки скважины можно использовать инвентарную сваю с наконечником, имеющим нижнюю полость, в которой размещен башмак-пробойник.

Кроме того, для пробивки скважины можно использовать забивную железобетонную сваю со съемным наконечником, имеющим две полости в его нижней и верхней частях, в которых размещены соответственно верхняя часть башмака-пробойника и нижняя торцевая часть забивной сваи.

С целью сохранения целостности забивной железобетонной сваи в грунтах с плотными или твердыми включениями и башмака-пробойника при образовании скважины целесообразно вначале выполнить пробивку лидерной скважины.

При этом пробивку лидерной скважины осуществляют стальной инвентарной сваей с извлекаемым башмаком меньшего диаметра, чем диаметр башмака-пробойника.

Для повышения несущей способности забивной железобетонной сваи на горизонтальные и моментные нагрузки формируют в верхней части забивной железобетонной сваи уширение из жесткого грунтового материала с использованием шаблона-трамбовки с внутренней полостью вначале путем вытрамбовывания котлована-приямка с погружением в грунт шаблона вокруг оголовка сваи на глубину (1-2) d диаметра d поперечного сечения пробитой скважины с последующим заполнением котлована-приямка жестким грунтовым материалом и уплотнением его тем же шаблоном.

Кроме того, пробивку скважины в неустойчивых водонасыщенных песчаных и глинистых грунтах выполняют с обсадной трубой, а после формирования уширенного основания выполняют засыпку скважины песчаным грунтом либо сыпучим грунтовым материалом одновременно с извлечением обсадной трубы из скважины с приложением к ней в необходимых случаях вибрации.

Описание предлагаемого способа поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена скважина, пробитая башмаком-пробойником, вставляемым в нижнюю полость, в том числе съемного наконечника, инвентарной сваи, погружаемой в грунт сваебойной установкой на заданную глубину с образованием уплотненной зоны вокруг пробитой скважины; на фиг. 2 - скважина, пробитая забивной железобетонной сваей, для чего забивная железобетонная свая в нижней части оборудуется съемным наконечником с двумя нижней и верхней полостями, в которые соответственно вставляются башмак-пробойник и закрепленная к наконечнику забивная железобетонная свая; на фиг. 3 - сформированное уширенное основание из втрамбованного нижней частью наконечника инвентарной сваи (уплотненного) жесткого грунтового материала (щебень, гравий, жесткий бетон и т.п.) после послойной отсыпки и втрамбовывания (уплотнения) в нижнюю часть скважины над башмаком-пробойником жесткого грунтового материала заданного объема на заданную высоту; на фиг. 4 - сформированное нижней частью съемного наконечника забивной железобетонной сваи уширенное основание из втрамбованного (уплотненного) жесткого грунтового материала (щебень, гравий, жесткий бетон и т.п.) после послойной отсыпки и втрамбовывания-уплотнения в нижнюю часть скважины над башмаком-пробойником жесткого грунтового материала заданного объема на заданную высоту; на фиг. 5 - погружение железобетонной забивной сваи в засыпанную скважину без уплотнения жесткого грунтового материала (щебень, гравий и т.п.) или местного грунта (песчаного, глинистого) на всю ее верхнюю часть с образованием дополнительных зон уплотнения грунта у уширенного основания и по боковой поверхности забивной сваи; на фиг. 6 изображено устройство уширения из уплотненного жесткого грунтового материала в верхней части забивной сваи стальным шаблоном-трамбовкой с внутренней полостью на глубину 1-2 диаметра пробитой скважины после вытрамбовывания котлована, послойной отсыпки и уплотнения в образовавшемся котловане-приямке жесткого грунтового материала.

Принятые обозначения:

1 - инвентарная свая;

2 - наконечник с внутренней полостью в нижней (торцевой) части;

3 - башмак-пробойник;

4 - пробитая скважина;

5 - уплотненная зона грунта вокруг и под пробитой скважиной;

6 - уширенное основание из втрамбованного-уплотненного жесткого грунтового материала;

7 - уплотненный грунтовый материал по боковой поверхности забитой сваи;

8 - дополнительная уплотненная зона после погружения-забивки железобетонной сваи;

9 - шаблон-трамбовка для формирования вытрамбованного котлована и уплотнения в нем жесткого грунтового материала 10;

11 - забивная железобетонная свая;

12 - съемный наконечник с внутренними полостями в нижней (торцевой) части и верхней части.

Способ устройства забивной сваи осуществляется следующим образом.

Скважину 4 образуют пробиванием инвентарной сваей 1 на заданную глубину с использованием наконечника 2, в том числе съемного (насадка), в нижнюю полость которого вставляется башмак-пробойник 3 (фиг. 1).

Кроме того, при определенных грунтовых условиях может быть использована только одна железобетонная свая, для чего забивная железобетонная свая 11 на фиг. 2 в нижней части оборудуется съемным наконечником 12 с двумя нижней и верхней полостями, в которые соответственно вставляются башмак-пробойник 3 и прикрепленная к наконечнику 12 забивная железобетонная свая 11 (фиг. 2). Полости в верхней и нижней частях съемного наконечника 12 выполняют соответственно по форме и размерам верхней части башмака-пробойника 3 и нижней (торцевой) части забивной железобетонной сваи 11. Причем съемный наконечник 12 используется только в процессе пробивки скважины (см. фиг. 2) и создания уширенного основания в нижней части скважины 4 из жесткого грунтового материала (фиг. 4).

Скважину 4 образуют путем пробивки ее на заданную глубину инвентарной сваей 1 с башмаком-пробойником 3 с углами заострения 25-90°, вставляемым в нижнюю часть наконечника 2 инвентарной сваи 1 с углом заострения и формой, аналогичными верхней части башмака-пробойника 3, или забивной железобетонной сваей 11 с наконечником 12, оборудованным двумя полостями, в нижнюю часть которого вставляется башмак-пробойник 3, а в верхнюю - забивная железобетонная свая 11. После этого в скважину 4 над башмаком-пробойником 3 послойно отсыпают и втрамбовывают (уплотняют) жесткий грунтовый материал нижней частью наконечника 2 или 12 инвентарной 1 или забивной железобетонной 11 сваей соответственно, на высоту, равную не менее 2-3 d - диаметра d пробитой скважины 4 над верхним острием башмака-пробойника 3 или до состояния отказа с формированием уширенного основания 6. Затем в скважину 4 отсыпают для повышения несущей способности по боковой поверхности сваи 11 жесткий грунтовый материал или местный грунт (песчаный, глинистый и т.п.) без уплотнения с последующим погружением в засыпанную скважину 4 забивной железобетонной сваи 11 с заглублением ее в жесткий грунтовый материал на глубину не менее 0,5 м (СП 50-102-2003. Проектирование и устройство свайных фундаментов. Госстрой России. 2004) или до состояния отказа (при меньшей глубине, чем 0,5 м) с окончательным формированием нижнего уширенного основания 6 в верхней его части и уплотненной зоны как в нижней части, так и по боковой поверхности забивной сваи 11.

Углы заострения башмака-пробойника 3 назначают для обеспечения наибольшего эффекта уплотнения грунтов основания в нижней части и формирования уширенного основания 6 из втрамбованного (уплотненного) жесткого грунтового материала в верхней части вначале наконечником 2 инвентарной сваи 1 или наконечником 12 забивной железобетонной сваи 11, а затем в процессе погружения в него забивной железобетонной сваи 11.

Для повышения несущей способности забивной железобетонной сваи 11 на горизонтальные и моментные нагрузки выполняют уширение уплотненного грунтового материала 10 в верхней ее части (фиг. 6), для чего используют стальной шаблон-трамбовку 9 с внутренней полостью, когда вначале вытрамбовывают котлован (котлован-приямок) на глубину 1-2 d диаметра d скважины 4 (или по расчету), затем отсыпают в него послойно жесткий грунтовый материал 10 и уплотняют его шаблоном-трамбовкой 9 той же сваебойной установкой до коэффициента уплотнения kcom≥0,95 (В.И. Кругов, А.С. Ковалев, Е.И. Шихов. Опыт применения рациональных конструкций и технологий при устройстве оснований и фундаментов в г. Новороссийске //Механизация строительства. -1997, №12).

В качестве материала башмака-пробойника 3 может быть использован, например, бетон (железобетон), металл или их комбинация с углами заострения в верхней и нижней частях в пределах 25-90°, диаметром (поперечным сечением) с учетом наиболее распространенной номенклатуры железобетонных свай не менее 35 см, обеспечивающий, как показывает опыт, пробивку скважин в зависимости от грунтовых условий диаметром 35-45 см и образование уплотненной зоны диаметром до 55 см. В качестве съемного наконечника 2 или 12 может быть использована стальная труба круглой или квадратной формы в плане, которая снабжена одной нижней полостью при использовании инвентарной сваи 1 или двумя полостями в нижней и верхней частях при использовании забивной железобетонной сваи 11, выполненными соответственно по форме и размерам верхней части башмака-пробойника 3 и нижней части забивной железобетонной сваи 11, которые крепятся в своей нижней части к стенкам съемного наконечника 2 или 12, например, болтами.

Перед забивкой-погружением инвентарной 1 или забивной 11 железобетонной сваи башмак-пробойник 3 устанавливают на месте будущей скважины, затем опускают на него инвентарную 1 (или забивную 11) железобетонную сваю с наконечником 2 или 12 с нижней полостью и погружают ее, например, штанговым дизель-молотом в грунт с образованием пробитой скважины 4 и уплотненной зоны.

Кроме отмеченного выше, для повышения несущей способности и обеспечения возможности устройства:

- в неустойчивых водонасыщенных песчаных и глинистых грунтах пробивку скважины выполняют с обсадной трубой (не показана) и после извлечения инвентарной или железобетонной сваи выполняют засыпку скважины песчаным грунтом или сыпучим жестким грунтовым материалом с одновременным извлечением обсадной трубы тросом лебедки сваебойного агрегата из скважины с приложением к ней в необходимых случаях вибрации после формирования нижнего уширения;

- при наличии твердых включений, например, в насыпных грунтах вначале пробивают лидерную скважину (не показана) стальной инвентарной сваей с извлекаемым башмаком, например, конструкции НИИОСП (Смородинов М.И. и др. Машины и оборудование для устройства оснований и фундаментов. - М.: Стройиздат, 1985) меньшего диаметра, а затем сваей с башмаком-пробойником по предлагаемому способу большего диаметра;

- пробивку скважины, формирование уширенного основания, забивку сваи осуществляют с помощью направляющей металлической плиты с отверстием в центре под забивную сваю, например, частично по аналогии с оборудованием для устройства фундаментов из забивных блоков (В.И. Кругов, А.С. Ковалев, В.А. Ковалев. Проектирование и устройство оснований и фундаментов на просадочных грунтах. М.: Издательство АСВ, 2013).

Наиболее существенными отличиями и преимуществами предлагаемого способа является возможность:

- пробивки скважины 4, формирования уширенного основания 6, погружения сваи 11 в отсыпанный без уплотнения в пробитую скважину 4 грунт - жесткий грунтовый материал или местный грунт с существенным сокращением времени на устройство свайного фундамента и созданием вокруг и под скважиной уплотненных зон грунтов с повышенными прочностными и деформационными характеристиками грунтов;

- повышения несущей способности сваи 11 (свайного фундамента) за счет устройства уширенного основания 6 (уширения) из втрамбованного-уплотненного жесткого грунтового материала в нижней и верхней ее частях соответственно;

- в грунтах с твердыми включениями использовать вначале пробивку лидерной скважины, в том числе инвентарной стальной сваей с извлекаемым башмаком меньшего диаметра, например, конструкции НИИОСП (Смородинов М.И. и др. Машины и оборудование для устройства оснований и фундаментов. - М.: Стройиздат, 1985), а затем пробивку скважины по предложенному способу большего диаметра поперечного сечения.

Необходимо также отметить, что изложенные выше отличия и преимущества предложенного способа позволяют существенно (в целом до 1,5-2-х и более раз) снизить материальные и трудовые затраты, время на устройство свайных фундаментов по сравнению с применением рассмотренных выше известных технических решений, а также повысить надежность установки-забивки башмака-пробойника на дне пробитой скважины за счет обеспечения плотного контакта его стенок с грунтом основания и тем самым качества устройства нижнего уширенного основания.

edrid.ru

К вопросу об устройстве забивных свай в пробитых скважинах

Аннотация

Описывается запатентованное направление в свайном фундаменто- строении – забивные сваи в пробитых (продавленных) скважинах. Описаны наиболее рациональные конструкции и перспективные технологические схемы их устройства в зависимости от инженерно-геологических и гидрогеологические условий участка застройки. Анализом установлено, что основные разработанные технологические схемы устройства свайных фундаментов наиболее целесообразно применять на основаниях, сложенных слабыми водонасыщенными глинистыми, биогенными, лессовыми просадочными, насыпными и т. п. специфическими грунтами, подстилаемыми несущим слоем из сжимаемого грунта. Для защиты фундаментов от агрессивного воздействия на них грунто-водо-газовой среды природного или техногенного происхождения предлагается использовать экраны из гибких синтетических эластичных и др. видов оболочек. Фундаменты из полых забивных свай и блоков предлагается устраивать с уширенным основанием по новой технологической схеме. Основные технологические операции в рассматриваемых грунтовых условиях включают: пробивку (продавливание) скважины до подстилающего несущего слоя грунта; засыпку в пробитую скважину жесткого и сыпучего грунтового материала; формирование уширенного основания из жестко- го грунтового материала; погружение (забивку) в засыпанную часть скважины сборной железобетонной сваи.

Ключевые слова

Башмак-пробойник, башмак-уширитель, забивная сборная желе- зобетонная свая, полые забивные сваи и блоки, пробитая (продавленная) скважина, уширенное основание из жесткого грунтового материала, эластичная оболочка Выпуск №2 (21) Май (2019) Размещение рекламы в журнале Подробнее Главный редактор А.И. Звездов

vestnik.cstroy.ru

Устройство забивной сваи в пробитой скважине с уширенным основанием

Изобретение относится к области строительства. Способ устройства забивной сваи заключается в образовании скважины, заполненной без уплотнения уплотняющимся грунтом, и погружении в нее железобетонной сваи. Скважину образуют путем пробивки ее с использованием сваи с башмаком-пробойником в нижней части, над которым затем формируют уширенное основание из послойно отсыпанного и уплотненного жесткого грунтового материала, поверх которого отсыпают без уплотнения грунтовый материал с последующим погружением в него забивной железобетонной сваи и окончательным формированием уширенного основания в его верхней части и уплотненной зоны как в нижней части, так и по боковой поверхности забивной сваи. Технический результат заключается в повышении несущей способности, сокращении времени и повышении эффективности применения свайных фундаментов в пробитых скважинах. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области строительства, в частности к возведению фундаментов глубокого заложения из сборных (заводской готовности) забивных свай в пробитых скважинах с уширенным основанием-пятой, т.е. из наиболее распространенных в практике строительного производства призматических, круглого сечения и т.п.преимущественно железобетонных свай в просадочных грунтах с I типом грунтовых условий, насыпных, высокопористых глинистых, песчаных и др. слабых грунтах с пониженной несущей способностью в их природном или техногенном сложении.

В настоящее время широко применяются в различных грунтовых условиях забивные призматические, реже пирамидальные, ромбовидные и др. сваи (СП 50-102-2003. Проектирование и устройство свайных фундаментов. Госстрой России. М., 2004; СП 24.13330.2011. Свайные фундаменты. М., 2011).

Однако этим сваям присущи следующие недостатки, основными из которых являются:

невысокая несущая способность свай в слабых и др. грунтах и особенно при опирании их на грунты с высокой сжимаемостью;

невозможность погружения свай в прочные и плотные - слабоуплотняющиеся грунты без лидерных скважин, т.е. без предварительно пробуренных (с выбуриванием грунтов) скважин и которые характеризуются существенным (до 2-х раз) снижением несущей способности по их боковой поверхности.

Известны и широко применяются в различных грунтовых условиях свайные фундаменты из набивных в пробитых скважинах, а также буроопускных свай, выполняемые:

а) с помощью пневмопробойника с последующим заполнением скважины жесткой бетонной смесью и повторным погружением в нее пневмопробойника с образованием сваи диаметром до 14-26 см (Казаков Ю.Н., Буланкин Н.Ф., Стоян Ю.Ф. Технология устройства набивных свай пневмопробойниками // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 1995, №1);

б) путем погружения в грунт сваебойной установкой конической инвентарной трубы-пробивного сердечника диаметром поверху 0,4-0,6 м, понизу 0,05-0,15 м с помощью сваебойного оборудования (Крутов В.И., Сорочан Е.А., Ковалев В.А. Фундаменты мелкого заложения. М.: Издательство АСВ, 2009); В.И. Крутов, А.С.Ковалев, В.А. Ковалев. Проектирование и устройство оснований и фундаментов на просадочных грунтах. - М.: Издательство АСВ, 2013). В рыхлых глинистых грунтах скважины заполняются жесткой бетонной смесью с последующим погружением в нее инвентарной трубы-сердечника;

в) путем устройства уширенного основания из втрамбованного в дно скважины жесткого грунтового материала с помощью специального навесного оборудования на грузоподъемные механизмы или сваебойных установок (СТО 36554501-018-2009. Стандарт организации. Проектирование и устройство свайных фундаментов и уплотненных оснований из набивных свай в пробитых скважинах. НИЦ «Строительство», 2010; Крутов В.И., Кагай В.К., Глухов B.C. Фундаменты из набивных свай в пробитых скважинах // Основания, фундаменты и механика грунтов, 2011, №2);

г) путем забивки молотом обсадной трубы на чугунном или железобетонном конусе-теряемом башмаке (сваи «Вибро» и их модификации) до требуемой глубины или расчетного отказа, установки арматурного каркаса и заполнения трубы пластичной бетонной смесью с извлечением обсадной трубы из скважины при помощи прицепного устройства и канатного блока или вибратора (Ганичев И.А. «Устройство искусственных оснований и фундаментов» - 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Стройиздат, 1981);

д) путем бурения скважин на заданную глубину и, как правило, не менее чем на 1 м заглубления в подстилающий слой с повышенной прочностью и несущей способностью, устройства камуфлетного уширения под слоем литой бетонной смеси, опускания в скважину через уширение из бетонной смеси сборной железобетонной сваи с вдавливанием ее в подстилающий несущий слой, заполнения зазоров между сваей и стенками скважины грунтом, литой бетонной смесью или др. схватывающимся раствором (СП 50-102-2003. Проектирование и устройство свайных фундаментов. Госстрой России. 2004).

Основными недостатками приведенных выше технических решений, поименованных выше конструкций и способов устройства свайных фундаментов соответственно в п. «а»-«д» являются:

- ограниченная область применения таких свай из-за сравнительно небольших диаметра до 0,14 и в некоторых случаях до 0,26 м и глубины устройства до 2-6 м, а также невозможность выполнения в грунтах с наличием прослойков или даже линз с повышенной плотностью и прочностью и тем более в толще плотных грунтов;

- неполное использование несущей способности грунтов под торцом сваи из-за малой его площади, не превышающей 0,002-0,018 м2; необходимость использования двух видов бетонной смеси, а именно жесткой бетонной на крупном заполнителе для вдавливания ее в боковую поверхность скважины при возможном повторном погружении пробивного сердечника и литой на мелком заполнителе при бетонировании ствола сваи; затруднение и часто невозможность повторного погружения пробивного сердечника в скважину, заполненную жесткой бетонной смесью при наличии прослойков и линз достаточно прочных и плотных, в том числе маловлажных глинистых грунтов; низкая несущая способность таких свай в глинистых грунтах с повышенной влажностью, а также плотных и маловлажных грунтах в связи с отсутствием возможности вдавливания жесткой бетонной смеси в стенки скважины;

- отсутствие специального навесного оборудования на грузоподъемные и транспортные механизмы и необходимость его кустарного изготовления;

- относительно низкая несущая способность на вертикальные и тем более на моментные и горизонтальные нагрузки;

- практически полное исключение в передаче нагрузки на грунт основания по боковой поверхности сваи и по всей ее длине на вертикальные и горизонтальные нагрузки, вследствие чего эти сваи целесообразно применять только при прорезке заторфованных и др. грунтов с наличием в них слоев торфов, а также в самоуплотняющихся от собственного веса просадочных с II типом грунтовых условий и неслежавшихся насыпных грунтах.

Кроме того, общим недостатком всех приведенных выше фундаментов является значительный (до 0,2-0,5 месяца) перерыв в производстве работ нулевого цикла, необходимый для набора прочности бетона набивных свай до требуемых значений, вследствие чего существенно увеличиваются сроки строительства.

Наиболее близким аналогом к заявленному способу является способ возведения свайного фундамента из забивных свай на просадочных грунтах с II типом по просадочности, принятый за прототип, из которого известно устройство свайного фундамента с образованием скважин, оси которых совпадают с проектным положением осей свай и заполненных дренирующим материалом, при этом сваи выполнены с возможностью замачивания и погружения в скважины, которые образуют на всю глубину просадочного грунта с заглублением в подстилающий непросадочный грунт. После заполнения скважин дренирующим материалом осуществляют обвалование территории по периметру сооружения, покрывают обвалованную площадь слоем дренирующего материала, причем замачивание осуществляют путем заливки воды на обвалованную территорию и выдерживания в течение 15-30 дней, после чего погружают сваи в скважины (SU 885446, 30. 11.1981).

По способу возведения свайного фундамента по SU 885446 необходимо отметить следующее:

а) рассматриваемый способ устройства фундамента распространяется только на просадочные грунты с II типом грунтовых условий, в которых возможна просадка грунта от его собственного веса, а способ по предлагаемой заявке только на просадочные грунты с I типом по просадочности, т.е. при отсутствии просадки от собственного веса;

б) в соответствии с ранее действующими (Руководство по производству и приемке работ при устройстве оснований и фундаментов. НИИОСП им. Н.М. Герсеванова. М.: Стройиздат. 1977; Крутов В.И., Галицкий В.Г. и др. Уплотнение просадочных грунтов. М.: Стройиздат, 1974) и сохранившимися до настоящего времени требованиями (Пособие по проектированию оснований и фундаментов зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83). НИИОСП им. Н.М. Герсеванова. М.: Стройиздат, 1986) дренажные скважины должны выполняться путем бурения с выборкой грунта без создания вокруг и под ними уплотненных зон. В случаях выполнения скважин путем пробивки и создания вокруг них уплотненных зон весьма существенно снижается фильтрационная способность дренажных скважин, т.е. они будут выполнять функцию армирующих элементов и сдерживать интенсивность уплотнения грунтов, поэтому оказываются не эффективными;

в) для того чтобы обеспечить создание вокруг и особенно под сваей уплотненных зон, при которых достигается повышение несущей способности сваи, необходимо снижение влажности грунтов от полного водонасыщения ωs до значения, близкого к оптимальной влажности ω0, обычно равной ω0=ωр (ωр - влажность на границе пластичности). Такое снижение влажности, как правило, происходит в течение 10-20 суток после прекращения замачивания, т.е. только спустя это время следует погружать забивную сваю в дренажную скважину. В связи с чем, если погружать сваю сразу же после прекращения замачивания, когда грунт находится в состоянии практически полного водонасыщения (степень влажности Sr≥0,8-0,9), то погружение сваи будет происходить практически без уплотнения околосвайного грунта и главным образом за счет выпора грунта в стороны с весьма существенным подъемом его поверхности вокруг скважины и частичным разуплотнением грунта вокруг и под сваей.

Таким образом, от момента выполнения дренажной скважины до погружения в нее забивной сваи по SU 885446 требуется около 2-3-х месяцев. По предлагаемой заявке это время может быть сокращено в зависимости от грунтовых условий до нескольких (1-2-х) часов;

г) выполнение дренажных скважин с заглублением их в непросадочный подстилающий несущий слой по SU 885446 неизбежно приводит к снижению прочностных и деформационных характеристик этих грунтов (особенно при их глинистом составе) и тем самым к снижению несущей способности забиваемой в последующем сваи, а также увеличению ее длины;

д) в SU 885446 не указываются пределы изменения диаметра дренажных скважин, которые могут в большей степени, чем их глубина, определять эффективность повышения несущей способности забивной сваи.

Задача, на решение которой направлена предложенная заявка, заключается в создании устройства свайного фундамента из забивных свай в пробитых скважинах с уширенным основанием-пятой, которое исключало бы указанные выше недостатки.

Технический результат, достигаемый при реализации данного способа, заключается в повышении несущей способности свай и эффективности применения свайных фундаментов за счет использования только одной сваебойной установки как при пробивке скважин, так и при повышении несущей способности свай путем создания уширенного основания из втрамбованного-уплотненного жесткого грунтового материала в нижней, а также при необходимости и в верхней части забивной сваи.

Указанный технический результат в способе устройства забивной сваи, заключающемся в образовании скважины, заполненной без уплотнения уплотняющимся грунтом, и погружении в нее железобетонной сваи, достигается тем, что скважину образуют путем пробивки ее с использованием сваи с башмаком-пробойником в нижней части, над которым затем формируют уширенное основание из послойно отсыпанного и уплотненного жесткого грунтового материала, поверх которого отсыпают без уплотнения грунтовый материал с последующим погружением в него забивной железобетонной сваи и окончательным формированием уширенного основания в его верхней части и уплотненной зоны как в нижней части, так и по боковой поверхности забивной сваи.

Для пробивки скважины можно использовать инвентарную сваю с наконечником, имеющим нижнюю полость, в которой размещен башмак-пробойник.

Кроме того, для пробивки скважины можно использовать забивную железобетонную сваю со съемным наконечником, имеющим две полости в его нижней и верхней частях, в которых размещены соответственно верхняя часть башмака-пробойника и нижняя торцевая часть забивной сваи.

С целью сохранения целостности забивной железобетонной сваи в грунтах с плотными или твердыми включениями и башмака-пробойника при образовании скважины целесообразно вначале выполнить пробивку лидерной скважины.

При этом пробивку лидерной скважины осуществляют стальной инвентарной сваей с извлекаемым башмаком меньшего диаметра, чем диаметр башмака-пробойника.

Для повышения несущей способности забивной железобетонной сваи на горизонтальные и моментные нагрузки формируют в верхней части забивной железобетонной сваи уширение из жесткого грунтового материала с использованием шаблона-трамбовки с внутренней полостью вначале путем вытрамбовывания котлована-приямка с погружением в грунт шаблона вокруг оголовка сваи на глубину (1-2) d диаметра d поперечного сечения пробитой скважины с последующим заполнением котлована-приямка жестким грунтовым материалом и уплотнением его тем же шаблоном.

Кроме того, пробивку скважины в неустойчивых водонасыщенных песчаных и глинистых грунтах выполняют с обсадной трубой, а после формирования уширенного основания выполняют засыпку скважины песчаным грунтом либо сыпучим грунтовым материалом одновременно с извлечением обсадной трубы из скважины с приложением к ней в необходимых случаях вибрации.

Описание предлагаемого способа поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена скважина, пробитая башмаком-пробойником, вставляемым в нижнюю полость, в том числе съемного наконечника, инвентарной сваи, погружаемой в грунт сваебойной установкой на заданную глубину с образованием уплотненной зоны вокруг пробитой скважины; на фиг. 2 - скважина, пробитая забивной железобетонной сваей, для чего забивная железобетонная свая в нижней части оборудуется съемным наконечником с двумя нижней и верхней полостями, в которые соответственно вставляются башмак-пробойник и закрепленная к наконечнику забивная железобетонная свая; на фиг. 3 - сформированное уширенное основание из втрамбованного нижней частью наконечника инвентарной сваи (уплотненного) жесткого грунтового материала (щебень, гравий, жесткий бетон и т.п.) после послойной отсыпки и втрамбовывания (уплотнения) в нижнюю часть скважины над башмаком-пробойником жесткого грунтового материала заданного объема на заданную высоту; на фиг. 4 - сформированное нижней частью съемного наконечника забивной железобетонной сваи уширенное основание из втрамбованного (уплотненного) жесткого грунтового материала (щебень, гравий, жесткий бетон и т.п.) после послойной отсыпки и втрамбовывания-уплотнения в нижнюю часть скважины над башмаком-пробойником жесткого грунтового материала заданного объема на заданную высоту; на фиг. 5 - погружение железобетонной забивной сваи в засыпанную скважину без уплотнения жесткого грунтового материала (щебень, гравий и т.п.) или местного грунта (песчаного, глинистого) на всю ее верхнюю часть с образованием дополнительных зон уплотнения грунта у уширенного основания и по боковой поверхности забивной сваи; на фиг. 6 изображено устройство уширения из уплотненного жесткого грунтового материала в верхней части забивной сваи стальным шаблоном-трамбовкой с внутренней полостью на глубину 1-2 диаметра пробитой скважины после вытрамбовывания котлована, послойной отсыпки и уплотнения в образовавшемся котловане-приямке жесткого грунтового материала.

Принятые обозначения:

1 - инвентарная свая;

2 - наконечник с внутренней полостью в нижней (торцевой) части;

3 - башмак-пробойник;

4 - пробитая скважина;

5 - уплотненная зона грунта вокруг и под пробитой скважиной;

6 - уширенное основание из втрамбованного-уплотненного жесткого грунтового материала;

7 - уплотненный грунтовый материал по боковой поверхности забитой сваи;

8 - дополнительная уплотненная зона после погружения-забивки железобетонной сваи;

9 - шаблон-трамбовка для формирования вытрамбованного котлована и уплотнения в нем жесткого грунтового материала 10;

11 - забивная железобетонная свая;

12 - съемный наконечник с внутренними полостями в нижней (торцевой) части и верхней части.

Способ устройства забивной сваи осуществляется следующим образом.

Скважину 4 образуют пробиванием инвентарной сваей 1 на заданную глубину с использованием наконечника 2, в том числе съемного (насадка), в нижнюю полость которого вставляется башмак-пробойник 3 (фиг. 1).

Кроме того, при определенных грунтовых условиях может быть использована только одна железобетонная свая, для чего забивная железобетонная свая 11 на фиг. 2 в нижней части оборудуется съемным наконечником 12 с двумя нижней и верхней полостями, в которые соответственно вставляются башмак-пробойник 3 и прикрепленная к наконечнику 12 забивная железобетонная свая 11 (фиг. 2). Полости в верхней и нижней частях съемного наконечника 12 выполняют соответственно по форме и размерам верхней части башмака-пробойника 3 и нижней (торцевой) части забивной железобетонной сваи 11. Причем съемный наконечник 12 используется только в процессе пробивки скважины (см. фиг. 2) и создания уширенного основания в нижней части скважины 4 из жесткого грунтового материала (фиг. 4).

Скважину 4 образуют путем пробивки ее на заданную глубину инвентарной сваей 1 с башмаком-пробойником 3 с углами заострения 25-90°, вставляемым в нижнюю часть наконечника 2 инвентарной сваи 1 с углом заострения и формой, аналогичными верхней части башмака-пробойника 3, или забивной железобетонной сваей 11 с наконечником 12, оборудованным двумя полостями, в нижнюю часть которого вставляется башмак-пробойник 3, а в верхнюю - забивная железобетонная свая 11. После этого в скважину 4 над башмаком-пробойником 3 послойно отсыпают и втрамбовывают (уплотняют) жесткий грунтовый материал нижней частью наконечника 2 или 12 инвентарной 1 или забивной железобетонной 11 сваей соответственно, на высоту, равную не менее 2-3 d - диаметра d пробитой скважины 4 над верхним острием башмака-пробойника 3 или до состояния отказа с формированием уширенного основания 6. Затем в скважину 4 отсыпают для повышения несущей способности по боковой поверхности сваи 11 жесткий грунтовый материал или местный грунт (песчаный, глинистый и т.п.) без уплотнения с последующим погружением в засыпанную скважину 4 забивной железобетонной сваи 11 с заглублением ее в жесткий грунтовый материал на глубину не менее 0,5 м (СП 50-102-2003. Проектирование и устройство свайных фундаментов. Госстрой России. 2004) или до состояния отказа (при меньшей глубине, чем 0,5 м) с окончательным формированием нижнего уширенного основания 6 в верхней его части и уплотненной зоны как в нижней части, так и по боковой поверхности забивной сваи 11.

Углы заострения башмака-пробойника 3 назначают для обеспечения наибольшего эффекта уплотнения грунтов основания в нижней части и формирования уширенного основания 6 из втрамбованного (уплотненного) жесткого грунтового материала в верхней части вначале наконечником 2 инвентарной сваи 1 или наконечником 12 забивной железобетонной сваи 11, а затем в процессе погружения в него забивной железобетонной сваи 11.

Для повышения несущей способности забивной железобетонной сваи 11 на горизонтальные и моментные нагрузки выполняют уширение уплотненного грунтового материала 10 в верхней ее части (фиг. 6), для чего используют стальной шаблон-трамбовку 9 с внутренней полостью, когда вначале вытрамбовывают котлован (котлован-приямок) на глубину 1-2 d диаметра d скважины 4 (или по расчету), затем отсыпают в него послойно жесткий грунтовый материал 10 и уплотняют его шаблоном-трамбовкой 9 той же сваебойной установкой до коэффициента уплотнения kcom≥0,95 (В.И. Кругов, А.С. Ковалев, Е.И. Шихов. Опыт применения рациональных конструкций и технологий при устройстве оснований и фундаментов в г. Новороссийске //Механизация строительства. -1997, №12).

В качестве материала башмака-пробойника 3 может быть использован, например, бетон (железобетон), металл или их комбинация с углами заострения в верхней и нижней частях в пределах 25-90°, диаметром (поперечным сечением) с учетом наиболее распространенной номенклатуры железобетонных свай не менее 35 см, обеспечивающий, как показывает опыт, пробивку скважин в зависимости от грунтовых условий диаметром 35-45 см и образование уплотненной зоны диаметром до 55 см. В качестве съемного наконечника 2 или 12 может быть использована стальная труба круглой или квадратной формы в плане, которая снабжена одной нижней полостью при использовании инвентарной сваи 1 или двумя полостями в нижней и верхней частях при использовании забивной железобетонной сваи 11, выполненными соответственно по форме и размерам верхней части башмака-пробойника 3 и нижней части забивной железобетонной сваи 11, которые крепятся в своей нижней части к стенкам съемного наконечника 2 или 12, например, болтами.

Перед забивкой-погружением инвентарной 1 или забивной 11 железобетонной сваи башмак-пробойник 3 устанавливают на месте будущей скважины, затем опускают на него инвентарную 1 (или забивную 11) железобетонную сваю с наконечником 2 или 12 с нижней полостью и погружают ее, например, штанговым дизель-молотом в грунт с образованием пробитой скважины 4 и уплотненной зоны.

Кроме отмеченного выше, для повышения несущей способности и обеспечения возможности устройства:

- в неустойчивых водонасыщенных песчаных и глинистых грунтах пробивку скважины выполняют с обсадной трубой (не показана) и после извлечения инвентарной или железобетонной сваи выполняют засыпку скважины песчаным грунтом или сыпучим жестким грунтовым материалом с одновременным извлечением обсадной трубы тросом лебедки сваебойного агрегата из скважины с приложением к ней в необходимых случаях вибрации после формирования нижнего уширения;

- при наличии твердых включений, например, в насыпных грунтах вначале пробивают лидерную скважину (не показана) стальной инвентарной сваей с извлекаемым башмаком, например, конструкции НИИОСП (Смородинов М.И. и др. Машины и оборудование для устройства оснований и фундаментов. - М.: Стройиздат, 1985) меньшего диаметра, а затем сваей с башмаком-пробойником по предлагаемому способу большего диаметра;

- пробивку скважины, формирование уширенного основания, забивку сваи осуществляют с помощью направляющей металлической плиты с отверстием в центре под забивную сваю, например, частично по аналогии с оборудованием для устройства фундаментов из забивных блоков (В.И. Кругов, А.С. Ковалев, В.А. Ковалев. Проектирование и устройство оснований и фундаментов на просадочных грунтах. М.: Издательство АСВ, 2013).

Наиболее существенными отличиями и преимуществами предлагаемого способа является возможность:

- пробивки скважины 4, формирования уширенного основания 6, погружения сваи 11 в отсыпанный без уплотнения в пробитую скважину 4 грунт - жесткий грунтовый материал или местный грунт с существенным сокращением времени на устройство свайного фундамента и созданием вокруг и под скважиной уплотненных зон грунтов с повышенными прочностными и деформационными характеристиками грунтов;

- повышения несущей способности сваи 11 (свайного фундамента) за счет устройства уширенного основания 6 (уширения) из втрамбованного-уплотненного жесткого грунтового материала в нижней и верхней ее частях соответственно;

- в грунтах с твердыми включениями использовать вначале пробивку лидерной скважины, в том числе инвентарной стальной сваей с извлекаемым башмаком меньшего диаметра, например, конструкции НИИОСП (Смородинов М.И. и др. Машины и оборудование для устройства оснований и фундаментов. - М.: Стройиздат, 1985), а затем пробивку скважины по предложенному способу большего диаметра поперечного сечения.

Необходимо также отметить, что изложенные выше отличия и преимущества предложенного способа позволяют существенно (в целом до 1,5-2-х и более раз) снизить материальные и трудовые затраты, время на устройство свайных фундаментов по сравнению с применением рассмотренных выше известных технических решений, а также повысить надежность установки-забивки башмака-пробойника на дне пробитой скважины за счет обеспечения плотного контакта его стенок с грунтом основания и тем самым качества устройства нижнего уширенного основания.

Формула изобретения

1. Способ устройства забивной сваи, заключающийся в образовании скважины, заполненной без уплотнения уплотняющимся грунтом, и погружении в нее железобетонной сваи, отличающийся тем, что скважину образуют путем пробивки ее с использованием сваи с башмаком-пробойником в нижней части, над которым затем формируют уширенное основание из послойно отсыпанного и уплотненного жесткого грунтового материала, поверх которого отсыпают без уплотнения грунтовый материал с последующим погружением в него забивной железобетонной сваи и окончательным формированием уширенного основания в его верхней части и уплотненной зоны как в нижней части, так и по боковой поверхности забивной сваи.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для пробивки скважины используют инвентарную сваю с наконечником, имеющим нижнюю полость, в которой размещен башмак-пробойник.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что для пробивки скважины используют забивную железобетонную сваю со съемным наконечником, имеющим две полости в его нижней и верхней частях, в которых размещены соответственно верхняя часть башмака-пробойника и нижняя торцевая часть забивной сваи.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при образовании скважины вначале выполняют пробивку лидерной скважины.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что пробивку лидерной скважины осуществляют стальной инвентарной сваей с извлекаемым башмаком меньшего диаметра, чем диаметр башмака-пробойника.

6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что формируют в верхней части забивной железобетонной сваи уширение из жесткого грунтового материала с использованием шаблона-трамбовки с внутренней полостью вначале путем вытрамбовывания котлована-приямка с погружением в грунт шаблона вокруг оголовка сваи на глубину (1-2)d диаметра dпоперечного сечения пробитой скважины с последующим заполнением котлована-приямка жестким грунтовым материалом и уплотнением его тем же шаблоном.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пробивку скважины в неустойчивых водонасыщенных песчаных и глинистых грунтах выполняют с обсадной трубой, а после формирования уширенного основания выполняют засыпку скважины песчаным грунтом либо сыпучим грунтовым материалом одновременно с извлечением обсадной трубы из скважины с приложением к ней в необходимых случаях вибрации.

bankpatentov.ru

Способ устройства забивной полой сваи с уширенным основанием

Изобретение относится к области строительства, в частности к устройству свайных фундаментов из забивных (вдавливаемых) полых круглых свай с открытым нижним торцом и наружным диаметром до 600 мм, призматических квадратных свай с круглой внутренней сквозной полостью с наружным размером в поперечном сечении до 400 мм и др. преимущественно в слабых влажных и переувлажненных глинистых, а также просадочных лессовых, насыпных и т.п.грунтах, подстилаемых несущим слоем грунта с необходимыми физико-механическими характеристиками. Кроме того, предлагаемый способ может быть использован при устройстве фундаментов из пустотелых железобетонных блоков.

Известны способы устройства забивных свай с осевым отверстием -продольной полостью (RU 2386751, RU 2386748, RU 85169, SU 1032103, SU 201969, SU 855123, SU 962454, SU 592928, SU 1564267 и др.) в которых забивают сваю в грунт и формируют уширенную пяту с некоторой интерпретацией за счет раздвижных поворотных лопастей, расширяющимся наконечником - башмаком с дополнительным подъемом и погружением сваи и последующим заполнением образованной полости в нижней части сваи затвердевающим, цементным растворами и т.п.

Основными недостатками этих технических решений являются большая трудоемкость как при изготовлении свай, так и при их устройстве, а также ограниченная область применения по грунтовым условиям.

Выполненный анализ выше описанных технических решений устройства забивных свай с осевой полостью показывает, что формирование уширенных оснований связано, как правило, с достаточно высокой трудоемкостью, сложностью изготовления, низкой надежностью и длительностью изготовления, в том числе связанной с набором литой бетонной смеси или растворов требуемой прочности.

Известны также способы устройства забивной полой круглой сваи с выбуриванием и без выбуривания грунта из полости сваи после ее забивки, заполнением и без заполнения полости сваи литой бетонной смесью или грунтовым материалом, а также уплотнением поступившего грунта во внутреннюю полости сваи при ее забивке с допускаемым разрушением материала сваи в ее нижней части (Руководство по проектированию фундаментов / НИИОСП им. Н.М. Герсеванова. Госстрой СССР. М. Стройиздат, 1980. Дата последней актуализации: 01.02.2017; Кругов В.И., Тропп В.Б. Фундаменты из забивных блоков. К.: 1987. 120 с.и др.).

К недостаткам этих способов в той или иной мере следует отнести длительность устройства сваи, связанной с набором литого бетона необходимой прочности, трудоемкость (энергоемкость), относительно низкую несущую способность и некоторая неопределенность в определении ее несущей способности при нарушении ее целостности.

Более близким аналогом заявленного технического решения, является способ устройства забивной сваи с камуфлетным уширением-пятой (свая А.А. Луги), включающий погружение металлической оболочки с закрытым концом, размещение заряда ВВ в центр конической оболочки, заполнение оболочки бетонной смесью и подрыв заряда ВВ с образованием камуфлетной полости, последующим погружением арматурного каркаса и заполнением оставшейся части скважины бетонной смесью (Указания по проектированию, устройству и приемке сваи с камуфлетной пятой. РСН 130-64 и др.).

Основными недостатками этого способа являются затруднения в использовании взрывных работ в условиях городской застройки; длительность набора необходимой прочности литой бетонной смеси, низкая надежность устройства уширения-пяты из-за возможного обрушения грунта в создаваемую взрывом полость.

Наиболее близким аналогом заявленного технического решения, принятым за прототип, является способ устройства забивной полой круглой сваи с закрытым нижним концом с камуфлетным уширением-пятой, включающий погружение сваи любым способом с закрытым стальным полым наконечником с последующим заполнением полости сваи и наконечника бетонной смесью и устройством с помощью взрыва камуфлетной пяты в пределах наконечника (ГОСТ 19804.5-83 Сваи полые круглого сечения и сваи-оболочки железобетонные цельные с ненапрягаемой арматурой; ГОСТ 19804.3-80* Сваи забивные железобетонные квадратного сечения с круглой полостью; СП 24.13330.2011. Свайные фундаменты 2018 год. Последняя редакция; Руководство по проектированию свайных фундаментов / НИИОСП им. Н.М. Герсеванова Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1980 с последними дополнениями в 2017 г.и др.; СП 50-102-2003. Проектирование и устройство свайных фундаментов и др.).

Основными недостатками этого способа являются, как и в ранее приведенном, затруднения в использовании взрывных работ в условиях городской застройки, длительность набора необходимой прочности литой бетонной смеси, низкая надежность устройства уширения-пяты из-за возможного обрушения грунта в создаваемую взрывом полость и тем самым расчета несущей способности сваи.

Следует отметить, что при анализе этих и вышеописанных технических решений, не обнаружено ни одного, когда при формировании уширенного основания под открытым торцом забивных полых круглых и призматических с круглой полостью свай используется традиционная наиболее распространенная технология его устройства из втрамбованного (уплотненного) жесткого грунтового материала (щебня и т.п.).

Технической проблемой предлагаемого изобретения является устранение приведенных выше недостатков прототипа, а именно: гарантированное увеличение несущей способности полых свай, снижение трудоемкости и расширение области их применения по грунтовым условиям.

Указанный технический результат достигается способом устройства забивной полой сваи, заключающимся в том, что сваю с осевой полостью погружают в грунт основания с закрытым нижним торцом и формируют уширенное основание, при этом погружение сваи на заданную глубину осуществляют с нижним торцом, закрытым теряемым башмаком-пробойником, после чего инвентарной трубой-штангой со съемным наконечником через осевую полость сваи на расчетную глубину уширенного основания торцом съемного наконечника погружают в грунт башмак-пробойник (обычно 1,5-2,5 диаметра или размера в поперечном сечении) с образованием полости под нижним торцом сваи, затем опускают во внутреннюю полость башмака-пробойника башмак-уширитель, послойно отсыпают над ним в образованную полость и втрамбовывают жесткий грунтовый материал торцом съемного наконечника трубы-штанги до нижнего торца сваи с формированием уширенного основания, после чего добивают сваю с погружением ее торца в уширенное основание до состояния «отказа».

Технический результат, заключающийся в повышении несущей способности сваи, достигается за счет обеспечения формирования уширенного основания из жесткого грунтового материала в нижней части сваи, образованного в несущем слое грунта.

В качестве материала уширения можно использовать сыпучий грунтовый материал или экологически чистые отходы промышленных производств, близкие по гранулометрическому составу к песчаным грунтам (горелая земля, сталеплавильные шлаки и т.п.).

Для увеличения несущей способности сваи на горизонтальные и моментные нагрузки после погружения сваи в ее верхней части выполняют уширение путем втрамбовывания в грунт жесткого грунтового материала (обычно на глубину от одного до двух диаметров или размера в поперечном сечении сваи) с использованием жесткого шаблона.

Предлагаемый способ поясняется чертежами, на которых показана последовательность технологических операций устройства забивной сваи с уширенным основанием в нижней части полой сваи.

На фиг. 1 изображены погруженная на расчетную глубину, например, копровой или вдавливающей установкой в грунт основания полая свая с теряемым башмаком-пробойником и инвентарная труба-штанга со съемным наконечником для погружения башмака-пробойника и образования полости под нижним торцом сваи.

На фиг. 2 изображена погруженная на расчетную глубину полая свая и погруженный в несущий слой грунта на расчетную глубину образования уширенного основания башмак-пробойник с помощью инвентарной обсадной трубы-штанги со съемным наконечником, торец которого вставлен во внутреннюю полость башмака-пробойника.

На фиг. 3 изображен погруженный во внутреннюю полость башмака-пробойника башмак-уширитель с отсыпанным над ним жестким грунтовым материалом в увеличенном масштабе.

На фиг. 4 изображена погруженная в грунт полая свая и уширенное основание из жесткого грунтового материала, образованного съемным торцом обсадной трубы-штанги, после добивки сваи с погружением ее торца в уширенное основание и окончательным формированием уширенного основания и уплотненной зоны грунта. (На фиг. 1-4 возможная уплотненная зона грунта природного сложения условно не показана).

На чертежах приняты следующие обозначения:

1 - полая свая;

2 - башмак-пробойник с внутренней полостью и ограничительным ободом;

3 - инвентарная труба-штанга со съемным наконечником;

4 - полость под торцом сваи;

5 - башмак-уширитель;

6 - отсыпанный в полость жесткий грунтовый материал (щебень, гравий и т.п.);

7 - уширенное основание из втрамбованного жесткого грунтового материала после погружения (добивки) торца сваи в уширенное основание до «отказа».

Способ устройства забивной полой сваи с уширенным основанием осуществляют следующим образом.

Перед забивкой (погружением) сваю 1 с башмаком-пробойником 2 устанавливают на точке ее будущей забивки (погружения), например, штанговым дизель-молотом или вдавливающей установкой на заданную глубину.

Погружают башмак-пробойник 2 торцом съемного наконечника, закрепленного на трубе-штанге 3, опущенной во внутреннюю полость сваи 1, на расчетную глубину формирования уширенного основания в несущем слое грунта, обычно на 1,5-2,5 наружного диаметра или размера в поперечном сечении сваи, с образованием в нем полости 4.

Опускают через полость сваи 1 во внутреннюю полость башмака-пробойника 2 башмак-уширитель 5 лебедкой базовой машины и отсыпают над ним жесткий грунтовый материал 6 для формирования уширенного основания.

В качестве материала уширения обычно используют сыпучий грунтовый материал, такой как щебень, гравий, жесткую бетонную смесь и т.п. Также можно использовать экологически чистые отходы промышленных производств, близкие по гранулометрическому составу к песчаным грунтам (горелая земля, сталеплавильные шлаки и т.п.).

Формируют уширенное основание 7 торцом съемного наконечника до нижнего обреза сваи 1, после чего добивают сваю 1 с погружением ее торца в уширенное основание до состояния «отказа» и окончательным его формированием и уплотненной зоны окружающего его грунта природного сложения.

Углы заострения башмака-пробойника 2 принимают в интервале 30-90° (в среднем 60°), башмака-уширителя 5 - 60-90°, торца съемного наконечника трубы-штанги 3 - 120-180° или устанавливают их опытным путем.

Состояние «отказа» устанавливают, как правило, опытным путем при испытании сваи по определению ее несущей способности.

Для повышения несущей способности сваи 1 на горизонтальные и моментные нагрузки в верхней части сваи выполняют уширение из втрамбованного жесткого грунтового материала (на чертежах не показано), например, щебня, на глубину 1-2 диаметра (ширины в поперечном сечении) сваи с использованием металлического шаблона, как это описано в патенте RU 2582530 С2.

В случае необходимости для минимизации проникновения свободной воды в процессе погружения сваи 1 на верхний обрез башмака-пробойника 2 укладывают противофильтрационную прокладку, а при формировании уширенного основания 7 используют смесь из щебня и глинистого грунта по аналогии с СТО 36554501-018-2009 или применяют др. методы.

Благодаря устройству уширенного основания 7 из втрамбованного (уплотненного) жесткого грунтового материала несущая способность сваи 1 после ее добивки не только увеличивается до 2-3 раз, но и существенно расширяется область применения этих свай по грунтовым условиям, а также повышается надежность устройства уширенного основания 7.

edrid.ru


Смотрите также