Способ устройства цементогрунтовых свай Российский патент 2004 года по МПК E02D5/34 E02D5/62 

Изобретение относится к строительству, а именно к способам устройства цементогрунтовых свай в слабых, структурно неустойчивых грунтах.

Известен способ, включающий образование лидерной скважины, засыпку в нее сухого цемента с последующим разбуриванием ее до проектного размера и увлажнением цементогрунтовой смеси до текучей консистенции (см., например, “Ускорение научно-технического прогресса в фундаментостроении” Сборник научных трудов НИИОСПа в двух томах по под общей редакцией В.А. Ильичева, М.: Стройиздат, 1987, т.1, с.273).

За прототип выбран способ, включающий рыхление грунта по глубине скважины с одновременным увлажнением измельченного грунта до текучего состояния. В образовавшуюся грунтовую массу вводится водоцементный раствор. Последовательное погружение и извлечение с вращением бурового инструмента приводит к образованию в скважине однородной цементогрунтовой смеси, а после ее твердения - сваи (см., например, “Ускорение научно-технического прогресса в фундаментостроении”. Сборник научных трудов НИИОСПа в двух томах под общей редакцией В.А. Ильичева, М.: Стройиздат, 1987, т.1, с.273).

Основным недостатком вышеперечисленных способов является то, что увлажнение в скважине как измельченного грунта, так и цементогрунтовой смеси производится без учета реальной природной влажности грунта, в котором устраивается свая. Это способствует, во-первых, трудноконтролируемому повышению водоцементного отношения смеси, а во-вторых, интенсивной фильтрации водоцементной составляющей цементогрунтовой смеси в соседние со скважиной участки слабого грунта. Все это приводит к снижению прочности материала сваи. Более того, излишки воды не позволяют уплотнить стенки скважины вращением бурового инструмента.

Как показали исследования, проведенные заявителями, реальная прочность материала грунтоцементных свай, устроенных в слабых грунтах вышеописанными способами, была ниже расчетной на 16 - 38 % (в зависимости от природной влажности и плотности грунтов). При этом прочность материала сваи резко уменьшалась от центра к периферии. В отдельных случаях вообще отсутствовала четкая граница между телом сваи и грунтом.

Технической задачей изобретения является повышение прочности материала цементогрунтовых свай без увеличения расхода вяжущих материалов, в частности цемента.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе устройства цементогрунтовых свай, включающем рыхление грунта по глубине скважины и введение в него водоцементного раствора с последующим перемешиванием, перед рыхлением отбирают пробу грунта из скважины, определяют его влажность и рассчитывают дополнительное количество воды, необходимое для устройства цементогрунтовой сваи по формуле

где Q_доп - дополнительное количество воды, необходимое для устройства цементогрунтовой сваи, т;

W₀ - оптимальная влажность уплотнения грунта, проценты, выраженные в долях единицы;

π =3,14;

D - диаметр скважины, м;

L - глубина скважины, м;

W - влажность грунта, в котором устраивается свая, проценты, выраженные в долях единицы;

ρ_d - плотность сухого грунта, т/м³;

Ц - расход цемента, потребляемого на устройство цементогрунтовой сваи, т,

а после рыхления грунта в скважину подают цемент и дополнительное количество воды, которые затем перемешивают с разрыхленным грунтом.

Кроме того, цемент, дополнительное количество воды и разрыхленный грунт перемешивают в скважине с одновременным уплотнением ее стенок посредством обратного вращения бурового инструмента.

Предлагаемый способ обеспечивает необходимое водоцементное отношение в цементогрунтовой смеси в скважине и исключает интенсивную фильтрацию водоцементной составляющей смеси в соседние со скважиной участки слабого грунта, так как дополнительное количество воды, подаваемое в скважину, предварительно рассчитывается исходя из реальной природной влажности грунта, в котором устраивается свая, а также размеров цементогрунтовой сваи и расхода цемента, необходимого для ее устройства.

Благодаря этим преимуществам обеспечивается необходимая прочность материала цементогрунтовых свай, устраиваемых в слабых грунтах с любой неустойчивой структурой и влажностью.

Способ устройства цементогрунтовых свай осуществляют следующим образом.

В зоне устройства цементогрунтовой сваи отбирают пробу грунта и определяют его естественную природную влажность. Исходя из полученного значения влажности грунта, размеров устраиваемой сваи и расхода цемента, необходимого для устройства цементогрунтовой сваи с расчетной прочностью материала, определяют дополнительное количество воды, которое требуется подать в скважину.

Дополнительное количество воды рассчитывают по формуле

где Q_доп - дополнительное количество воды, необходимое для устройства цементогрунтовой сваи, т;

W₀ - оптимальная влажность уплотнения грунта, проценты выраженные в долях единицы;

π - 3,14;

D - диаметр скважины, м;

L - глубина скважины, м;

W - влажность грунта, в котором устраивается свая, проценты выраженные в долях единицы;

ρ_d - плотность сухого грунта, т/м³;

Ц - расход цемента, потребляемого на устройство цементогрунтовой сваи, т.

Оптимальную влажность уплотнения грунта определяют по формуле

W₀ =W_p-( 0,01 -0,03),

где W_p - влажность на границе раскатывания, проценты, выраженные в долях единицы (см., например, "Пособие по производству работ при устройстве оснований и фундаментов (к СНиП 3.02.01.-83)", утвержденные приказом НИИОСП им. Н.М. Герсеванова Госстроя СССР №22 от 20 февраля 1984 года, М.: Стройиздат, 1986, с.14).

Расход цемента, потребляемого на устройство цементогрунтовой сваи, рассчитывают по формуле

где π=3,14;

D - диаметр скважины, м;

L - глубина скважины, м;

ρ_d - плотность сухого грунта, т/м³;

Q_уд - коэффициент, учитывающий удельный расход цемента на устройство цементогрунтовой сваи с требуемой прочностью материала.

При использовании цемента марки 300 - 400 и требуемой прочности сваи 0,8 МПа - q_уд=0,06, а при требуемой прочности 10,0 МПа - q_уд=0,15.

Если требуемая прочность материала цементогрунтовой сваи лежит между значениями 0,8 и 10 МПа, то q_уд для каждого конкретного значения прочности определяют интерполяцией.

Буровым инструментом производят рыхление грунта по всей глубине скважины. Цемент и рассчитанное дополнительное количество воды подают в скважину и перемешивают обратным вращением бурового инструмента с разрыхленным грунтом. Обратное вращение бурового инструмента обеспечивает не только перемешивание вышеуказанных ингредиентов, но и уплотнение стенок скважины и полученной смеси. При этом в зависимости от конструкции бурового инструмента и природной влажности грунта, в котором устраивается свая, можно сначала подавать в скважину цемент, а затем при его перемешивании с грунтом воду или предварительно смешать цемент с водой, а потом полученную водоцементную смесь подать в скважину.

Изобретение относится к строительству, а именно к способам устройства цементогрунтовых свай в слабых, структурно неустойчивых грунтах. Способ устройства цементогрунтовых свай включает рыхление грунта по глубине скважины и введение в него водоцементного раствора с последующим перемешиванием образовавшейся цементогрунтовой смеси до однородного состояния. Новым является то, что перед рыхлением отбирают пробу грунта, определяют его влажность и рассчитывают дополнительное количество воды, необходимое для устройства цементогрунтовой сваи по приведенной математической зависимости. Техническим результатом изобретения является обеспечение необходимой прочности материала цементогрунтовых свай, устраиваемых в слабых грунтах с любой неустойчивой структурой и влажностью. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ устройства цементогрунтовых свай, включающий рыхление грунта по глубине скважины и введение в него водоцементного раствора с последующим перемешиванием образовавшейся цементогрунтовой смеси до однородного состояния, отличающийся тем, что перед рыхлением отбирают пробу грунта, определяют его влажность и рассчитывают дополнительное количество воды, необходимое для устройства цементогрунтовой сваи, по формуле

где Q_доп - дополнительное количество воды, необходимое для устройства цементогрунтовой сваи, т;

W₀ - оптимальная влажность уплотнения грунта, проценты, выраженные в долях единицы;

D - диаметр скважины, м;

L - глубина скважины, м;

W - влажность грунта, в котором устраивается свая, проценты, выраженные в долях единицы;

с_d- плотность сухого грунта, т/м³;

Ц - расход цемента, потребляемого на устройство цементогрунтовой сваи, т,

а после рыхления грунта в скважину подают цемент и дополнительное количество воды, которые затем перемешивают с разрыхленным грунтом.