СПОСОБ ГЛУБИННОГО УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТА Российский патент 2003 года по МПК E02D3/54 E01C19/34 E02F5/18 

Техническое решение относится к строительству и может быть использовано для глубинного уплотнения грунтового массива с целью повышения его несущей способности.

Известен способ уплотнения грунтов с использование осесимметричных ударных устройств - пневмопробойников (см., например, Х.Б.Ткач, К.Б.Скачков "Новый пневмопробойник для усиления фундаментов" Основания, фундаменты и механика грунтов, 1999, 2, с. 25-28), сущность которого состоит в проходке сетки вертикальных или наклонных скважин за счет радиального перемещения грунта с последующим заполнением их сыпучим материалом (песок, щебень, глинистый грунт и т.д.). Возможна многократная проходка скважин, при этом каждая скважина или заполняется сыпучим материалом после каждой ее проходки (расширения), или вначале расширяется многократными проходками до требуемого диаметра, а уже затем производят одноразовую ее засыпку.

Особенностью рассматриваемого способа является симметричное уплотнение грунтового массива вокруг скважины. Однако в производственной практике существует необходимость асимметричного уплотнения грунтового массива, например, под фундаментами здания. Другим недостатком известного способа глубинного уплотнения является затягивание насыпного грунта на глубину при повторной проходке по заполненной скважине. Это объясняется тем, что уплотнение происходит в направлении наименьшего сопротивления. Насыпной материал, заполняющий скважину, имеет меньшую плотность, а следовательно, и оказывает меньшее сопротивление, чем массив грунта, находящийся вокруг скважины, из-за этого насыпной материал сдвигается вниз в большей мере, чем в радиальном направлении, в итоге происходит неравномерное уплотнение грунтового массива по глубине. Кроме того, после каждой проходки необходимо следить за глубиной скважины, что предопределяет определенное неудобство в работе. Другим недостатком известного способа глубинного уплотнения грунта является несколько завышенный расход заполняющего скважину сыпучего материала, так как при каждой проходке часть засыпанного в скважину сыпучего материала будет рабочим органом проталкиваться вниз вместе с забоем скважины.

Для исключения этого недостатка используют способы упрочнения забоя скважины бетонированием или установкой в скважине диска различной толщины. Эти способы также давно известны, например патент US 2512831 A от 27.06.1950.

Наиболее близким аналогом по технической сущности является способ глубинного уплотнения грунта, реализованный в устройстве для глубинного уплотнения грунта по авт. свид. СССР 883239, кл. E 02 D 3/054 и Е 01 С 19/34, опубл. БИ 43, 1981 г., сущность которого состоит в заполнении предварительно пройденной скважины с установленным в ней арматурным каркасом, бетонной смесью и уплотнением ее механическим способом. Скважины проходят с диаметром, заведомо меньшим диаметра создаваемой сваи. Предварительно изготовленный арматурный каркас перед установкой в скважину деформируют радиальным сжатием до диаметра, меньшего диаметра скважины, а после установки его в скважину и заполнения бетонной смесью раздвигают каркас примерно до первоначального состояния. Одновременно с уплотнением бетонной смесью с помощью ударного механизма, например пневмопробойника, в последующем заполняют бетонной смесью образующуюся центральную полость. Известный способ основан на радиальном сдвиге бетонной смеси осесимметричным рабочим органом ударного действия - пневмопробойником. Особенностью его является управляемое уплотнение, которое ограничено арматурным каркасом, т.е. уплотняется только тело сваи и незначительно уплотняется окружающий грунтовый массив.

Являясь близким по технической сущности, то есть обеспечивая управляемое уплотнение, рассматриваемый способ изготовления набивной армированной сваи не может быть использован для глубинного уплотнения грунтового массива, так как обеспечивает только локальное уплотнение грунта по радиальному направлению. Однако существуют производственные условия, в которых необходимо асимметричное уплотнение грунта, так, например, при уплотнении основания железнодорожного пути, особенно расположенного на насыпи, или фундамента сооружения непосредственно под сооружением, дорожным путем, в то время как существующие способы обеспечивают симметричное уплотнение.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является обеспечение управляемого уплотнения грунтового массива, то есть направленного (асимметричного) уплотнения.

Это задача решается за счет того, что осуществляют проходку сетки скважин с радиальным вытеснением грунта, заполняют скважину сыпучим материалом с последующим повторением операций по проходке скважин и заполнению их сыпучим материалом.

Согласно изобретению после последующей проходки скважин до требуемой глубины в нее устанавливают вертикальный упор со стороны, не требующей уплотнения, после чего скважину заполняют сыпучим материалов и осуществляют уплотнение в сторону, противоположную от вертикального упора.

Целесообразно вертикальный упор устанавливать в виде незамкнутого цилиндра. Установка упора с такой формой обеспечит большую направленность уплотнения грунтового массива.

Целесообразно также скважину образовывать с плоской поверхностью, обращенной от уплотняемой области грунта, и к плоской поверхности скважины установить вертикальный упор, выполненный плоским в виде пластины, например из металла или другого материала. Такое выполнение операции обеспечивает направленное уплотнение грунтового массива при уменьшении затрат энергии при формировании скважины (уменьшается площадь сечения формируемой скважины).

Целесообразно после окончания процесса уплотнения грунта извлекать из него вертикальный упор. Образовавшаяся пустота заливается цементным раствором. Такая операция позволяет использовать инвентарные вертикальные упоры многократно, что снизит стоимость работ.

Сущность предлагаемого способа глубинного уплотнения грунтового массива поясняется примером и чертежами. На представленных чертежах иллюстрируются: фиг. 1 - последовательность операций проходки скважины с упрочнением забоя диском, сыпучим материалом или раствором; фиг. 2 - установка в скважины вертикальных упоров и направленное уплотнение грунтового массива; фиг. 3 - вид по стрелке А (рельсовый путь не показан); фиг. 4 - направленное уплотнение грунта под фундаментом сооружения с засыпкой образованных скважин сыпучим материалом.

В грунтовом массиве 1 (фиг. 1,а), подлежащем уплотнению, проходится пневмопробойником сетка скважин 2. Скважины 2 сетки могут располагаться рядами в шахматном порядке, то есть смещенными друг относительно друга в параллельных и перпендикулярных направлениях (фиг. 3). В дальнейшем будем описывать реализацию предлагаемого способа на примере одной скважины, подразумевая, что аналогичные операции необходимо проводить со всеми скважинами.

После проходки скважины 2 (фиг. 1,а) на ее забое образуют непроходимую для устройства образующего скважину пневмопробойника пробку 3 (фиг. 1, б). Эта операция давно известна, и ее можно осуществить установкой диска из металла, дерева, пластмассы, или залив в скважину бетонный раствор. Также можно использовать полусухую бетонную смесь 4 (фиг. 1,в).

Для осуществления управляемого направленного асимметричного уплотнения грунтового массива 1 в скважину 2 устанавливают вертикальный упор 7 (фиг. 2) со стороны, не требующей уплотнения, после чего скважину заполняют сыпучим материалом 5 (фиг. 2) и осуществляют уплотнение в сторону, противоположную от вертикального упора 7. Сыпучий материал 5 смещается в указанном направлении, и образуется уплотненный грунтовый массив 6 (фиг. 2).

В условиях, когда необходимо несимметричное направленное уплотнение грунтового массива 1, возникающее при усилении основания железнодорожного полотна, размещенного на насыпи (фиг. 2), или грунтового основания, расположенного под фундаментом 10 (фиг. 4,а, б), целесообразно устанавливать вертикальный упор 7 в виде незамкнутого цилиндра 8 (фиг. 3) либо плоским в виде пластины 9 (фиг. 3). В таком случае начальную скважину 2 образуют с плоской поверхностью, обращенной от уплотняемой области грунта, и к плоской поверхности скважины устанавливают вертикальный упор, выполненный плоским в виде пластины 9 (фиг. 3), например, из металла, дерева или пластмассы.

При последующих проходках вертикальный упор не позволит пневмопробойнику вытеснять материал, засыпанный в скважину 2, в его сторону. Грунтовый массив также будет уплотняться в сторону, противоположную от вертикального упора 7 (он будет служить как бы направляющей, вдоль которой будет скользить пневмопробойник). При этом своим заостренным передним концом цилиндрического корпуса пневмопробойник будет смещать находящийся в скважине 2 засыпанный материал 5. Учитывая, что забой будет упрочнен бетонированием или диском, уплотнение грунтового массива 1 будет происходить только в горизонтальном направлении в сторону от вертикального упора 7 и не глубже забоя пройденной первоначально скважины 2. В итоге уплотнение грунтового массива 1 будет направленным в сторону, которая подлежит уплотнению. Вертикальный упор 7 и диск 3 могут быть выполнены за одно целое, однако более целесообразно их выполнять раздельными, а следовательно, сначала устанавливать диск 3, который под действием собственного веса ляжет на забой скважины 2, а затем устанавливать вертикальный упор 7. Нужно отметить, что уплотнение грунтового массива 1 обычно осуществляют до 5-метровой глубины. Это позволяет вертикальный упор 7 опускать в пробитую скважину 2. В редких случаях его можно забивать в грунт, если радиальные размеры скважины 2 и вертикального упора 7 не совпадают.

В большинстве случаев после окончания процесса направленного асимметричного уплотнения грунтового массива вертикальный упор 7 извлекают, а образовавшуюся пустоту заливают цементным раствором. Такая операция позволяет использовать вертикальные упоры многократно, снизить стоимость работ, но при этом длительность процесса уплотнения увеличивается.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для упрочнения оснований фундаментов различных сооружений. Способ глубинного уплотнения грунтового массива включает проходку сетки скважин с радиальным вытеснением грунта, заполнение скважин сыпучим материалом с последующим повторением операций по проходке скважин и заполнению их сыпучим материалом. Новым является то, что осуществляют управляемое направленное асимметричное уплотнение грунтового массива в скважинах путем установки в скважину вертикального упора со стороны, не требующей уплотнения, после чего скважины заполняют сыпучим материалом и осуществляют уплотнение в сторону, противоположную от вертикального упора. Техническим результатом изобретения является обеспечение управляемого уплотнения грунтового массива, то есть обеспечение направленного асимметричного уплотнения. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ глубинного уплотнения грунтового массива, включающий проходку сетки скважин с радиальным вытеснением грунта, заполнение скважин сыпучим материалом с последующим повторением операций по проходке скважин и заполнению их сыпучим материалом, отличающийся тем, что осуществляют управляемое направленное асимметричное уплотнение грунтового массива в скважинах путем установки в скважину вертикального упора со стороны, не требующей уплотнения, после чего скважины заполняют сыпучим материалом и осуществляют уплотнение в сторону противоположную от вертикального упора. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что устанавливают вертикальный упор в виде незамкнутого цилиндра. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что скважину образуют с плоской поверхностью, обращенной от уплотняемой области грунта, и к плоской поверхности скважины устанавливают вертикальный упор, выполненный плоским в виде пластины, например, из металла или другого материала. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что после окончания процесса уплотнения грунта упор извлекают из грунта.