СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ СВАИ Российский патент 1995 года по МПК E02D5/44 

Изобретение относится к строительству, в частности к возведению свайных фундаментов.

Известен способ сооружения свай с грунтовой пятой [1], включающий погружение в грунт обсадной, временно заглушенной снизу трубы, втрамбовывание порциями сухой смеси через обсадную трубу, извлечение обсадной трубы и последующее формирование ствола путем монолитного бетонирования.

Недостатком этого способа является монолитное формирование ствола, удлиняющие сроки строительства.

Наиболее близким к предлагаемому является способ возведения сваи [2], включающий бурение лидерной скважины, укладку в нее жесткого бетона и последующее внедрение в него сборного, заостренного в нижней части ствола.

Недостатком известного способа является неопределенность положения ствола сваи по вертикали относительно уширения, что не позволяет в полной мере использовать несущую способность уширения.

Целью изобретения является повышение несущей способности возводимой сваи при одновременном снижении материалоемкости.

Указанная цель достигается тем, что в способе возведения сваи, включающем погружение в грунт обсадной, временно заглушенной снизу трубы, образование уширения путем втрамбовывания порциями сухой бетонной смеси через обсадную трубу, извлечение обсадной трубы и последующее внедрение в уширение сборного заостренного в нижней части ствола, ствол внедряют в уширение на величину Δ, определяемую зависимостью
Δ = R-R - + C1 + где R - радиус уширения перед внедрением в него ствола;
С - радиус окружности, вписанной в поперечное сечение ствола;
m=cos²α(cosα+sinα)²; n=sin²α(tgα--1); P=tg α;
α- угол между вертикалью и образующей поверхности конуса, вписанного в заостренную нижнюю часть ствола.

На фиг. 1 показана забивка обсадной трубы; на фиг. 2 - образование шарового уширения при втрамбовывании сухой смеси; на фиг. 3 - образованное уширение с извлеченной обсадной трубой; на фиг. 4 - процесс забивки сваи в лидерную скважину; на фиг. 5-7 - схема изменения формы шарового уширения при внедрении в нее сваи с заострением в нижней части ствола; на фиг. 8 - форма уширения в плане при внедрении ствола цилиндрической формы; на фиг. 9 - форма уширения в плане при внедрении ствола призматической формы.

Известно, что при забивке сухой бетонной смеси через обсадную трубу в грунте образуется уширение шаровой формы. Внедрение в образованное шаровое уширение сборного, заостренного в нижней части ствола вызывает деформацию шарового уширения и изменение его формы преимущественно в направлении увеличения диаметров в горизонтальных плоскостях. Глубина забивки сборного ствола в исходное шаровое уширение существенно влияет на форму и геометрические размеры вновь полученного уширения.

После гидратации цемента в сухой бетонной смеси уширения конструкция сваи представляет собой сборно-монолитную систему, включающую сборный ствол, взаимодействующий с бетонной конструкцией уширения, причем расчетный диаметр уширения определяется условием прочности против продавливания сваи в предложении, что продавливание может происходить по поверхности пирамиды (конуса), боковые стороны которой начинаются у нижнего обреза сваи и наклонены под углом 45^о. От глубины внедрения сборного заостренного в нижней части ствола в шаровое уширение зависят размеры пирамиды продавливания, а следовательно, и несущая способность сваи. Таким образом, оптимальная глубина внедрения Δ заостренного конца сборной сваи в шаровое уширение должна быть определена из условия приобретения сваей наибольшей несущей способности, т.е. максимальной площади поперечного сечения пирамиды (конуса) продавливания при предельном угле 45^о во вновь образованном уширении.

Рассмотрена задача перемещения точек окружности при внедрении в круговую область симметричного плоского элемента, имеющего форму свайного окончания. Найдена оптимальная величина внедрения Δ, при которой опирание под углом 45^о имеет наибольшую горизонтальную проекцию. Были приняты следующие допущения: не учитывались внутреннее трение и влияние окружающей среды, перемещения считались происходящими по нормали к контуру свайного окончания. Полученное при этих допущениях выражение для определения оптимальной величины Δ, как показали экспериментальные исследования, достаточно близко отражает действительную закономерность. Неучтенные в теории факторы оказывают влияние в основном на абсолютные величины перемещений поверхности уширения, в то время как основное соотношение между величиной внедрения заостренного ствола и максимального рабочего диаметра остается практически неизменным. Указанный вывод как в смысле формообразования, так и несущей способности остается справедливым не только для осесимметричной плоской, но и для осесимметричной пространственной задачи, что подтверждается серией лабораторных и полевых испытаний.

Обсадная труба 1, заглушенная временно снизу, например, пробкой 2 из сухой цементно-песчаной смеси, погружается с помощью ударного механизма, например копра (не показан) в грунт на заданную отметку. Затем ударником 3, ход которого ограничен нижним обрезом обсадной трубы 1, пробка 2 выбивается в грунт и в обсадную трубу 1 подается сухая бетонная смесь порциями, например, объемом в сыпучем состоянии πD³/8, где D - внутренний диаметр обсадной трубы. При втрамбовывании смеси в грунте образуется уширение 4 шаровой формы с возрастающим радиусом R₁. При достижении радиусом уширения проектного размера R, контролируемого объемом втрамбованной смеси, обсадная труба 1 извлекается из грунта. В образованную лидерную скважину 5 погружают сваю 6, например железобетонную призматическую, с заострением 7 в нижней части и забивают ее в уширение 4. При погружении сваи на величину Δ₁<Δ происходит раздвижка шарового уширения 4 с образованием дополнительного объема уширения 8, при котором размер основания призмы продавливания характеризуется величиной . При погружении сваи на оптимальную глубину Δ, образуется дополнительный объем уширения 9, характеризуемый наибольшей величиной основания призмы продавливания, при > . Если продолжить погружение сваи в уширение, например, на величину Δ₂> Δ эффект уменьшается и при образованном дополнительном уширении 10 характерный размер призмы продавливания становится меньше . Контроль величины внедрения ствола в шаровое уширениеΔ производят сравнением с длиной извлеченной из грунта обсадной трубы.

П р и м е р. Предлагаемый способ возведения сваи испытывался на площадке, сложенной суглинистыми грунтами со следующими характеристиками: γ=18,7 кН/м³; γ_s= 26,8 кН/м³;γ_ск=14,6 кН/м³; W=31,31%; W_L=39,17%; W_P=22,24%; I_P= 16.9%; I_L=0,54; е=0,82; S_r=1,0; С=20 кПа; ϕ=9^о; Е=7,0 мПа.

Для втрамбовывания сухой смеси использовалась специально изготовленная установка СКИФ-1 со следующими параметрами: наружный диаметр обсадной трубы 320 мм, внутренний диаметр обсадной трубы 300 мм, длина обсадной трубы 3000 мм, диаметр ударника 210 мм. Установка была смонтирована на сваебойном агрегате.

Состав сухой смеси для втрамбовывания был принят следующим: 8 мас.ч. песка с модулем крупности 1,1 и 1 мас.ч. цемента марки 300.

В качестве сборного, заостренного в нижней части ствола использовались сваи марки С4-30 (ГОСТ 19804.1-79. Сваи забивные железобетонные). Геометрические характеристики свай: длина 4000 мм, ширина поперечного сечения 300 мм, длина заострения 250 мм. Таким образом, С=150 мм, α=20,8^о.

Теоретический радиус шарового уширения был принят R=300 мм.

Расчетная глубина оптимального погружения, вычисленная по параметрам R, С и α, составила Δ=61,6 см. С учетом плоского торца в заострении сваи размерами 6х6 см теоретическая глубина погружения была уменьшена и составила Δ=61,6-3/tg α=54 см.

Всего было образовано путем втрамбовывания сухой смеси четыре уширения. Для образования одного уширения было втрамбовано 0,141 м³смеси в насыпном состоянии, объем одной порции составлял 0,03 м³. После извлечения обсадной трубы для ускорения гидратации в каждую скважину вливалась вода в объеме 30 л. В три из четырех шаровых уширений сваебойным агрегатом были забиты сваи. Свая N 1 была внедрена в уширение на величину Δ=54 см, свая N 2 - на величину Δ₁ =25 см, свая N 3 - на величину Δ₂=65 см.

Через 28 суток были произведены сравнительные статические испытания свай (ГОСТ 5686-78. Сваи. Методы испытаний). При одинаковой для всех свай осадке 10 мм свая N 1 выдержала нагрузку 126,3 кН, свая N 2 - 103,4 кН, свая N 3 - 91,7 кН.

Для контроля сформированного уширения свая N 1 и шаровое уширение были отрыты. В результате обмеров было установлено: средний радиус шарового уширения составил R=312 мм, глубина забивки сваи в шаровое уширение составила 51 см, характерный размер уширения, связанный с призмой продавливания = 345 мм.

Сущность изобретения: в способе, включающем погружение в грунт обсадной, заглушенной снизу на период погружения трубы, образование уширения путем втрамбовывания порциями сухой бетонной смеси через обсадную трубу, извлечение последней и последующее внедрение в уширение сборного заостренного снизу ствола. Ствол внедряют в уширение на определенную величину, определяемую приведенной зависимостью. 9 ил.

СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ СВАИ, включающий погружение в грунт заглушенной снизу на период погружения обсадной трубы, образование уширения путем втрамбовывания порциями сухой бетонной смеси через обсадную трубу, извлечение обсадной трубы и последующее внедрение в уширение сборного заостренного в нижней части ствола, отличающийся тем, что ствол внедряют в уширение на величину Δ,, определяемую зависимостью

где R - радиус уширения перед внедрением в него ствола;
C - радиус окружности, вписанной в поперечное сечение ствола;
m= cos²α(cosα + sinα)²; n = sin²α(tgα-1); p = tgα;
α - угол между вертикалью и образующей поверхности конуса, вписанного в заостренную часть ствола.