Способ изготовления свай с уширенной пятой Российский патент 2018 года по МПК E02D5/44 

Изобретение относится к строительству, а именно к способам изготовления свай с уширенной пятой.

Известен способ изготовления свай с уширенной пятой (Препринт № 41, 1990 г., часть 1. В.А. Григоращенко, А.Е. Земцова, А.Л. Исаков, Ю.Б. Рейфисов. Укрепление оснований пневмопробойниками. Академия наук СССР, Ордена Ленина Сибирское отделение, Институт горного дела, г. Новосибирск, с. 23), заключающийся в проходке скважины, формовании ствола сваи на высоту уширения, формовании уширенной пяты повторными заполнениями и проходками пневмопробойника до требуемого наружного диаметра уширенной пяты, возвращение пневмопробойника и заполнение скважины бетонной смесью.

Общими существенными признаками аналога и предлагаемого технического решения являются: проходка скважины, формование уширенной пяты в нижней части скважины и заполнение скважины бетонной смесью.

Недостатками способа является высокая трудоемкость и стоимость процесса формования уширенной пяты, ведь для получения даже незначительного уширения необходимо заполнить нижнюю часть скважины полусухой бетонной смесью и пройти по ней пневмопробойником, извлекая его после каждой проходки. Кроме того, заполнение нижней части скважины полусухой бетонной смесью зачастую связано с зависанием этой смеси в устье или стволе скважины и необходимостью проталкивать ее вниз, что повышает трудоемкость процесса и снижает надежность способа.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ изготовления буровых свай (Дорошкевич Н.М., Клейн Г.К., Смиренкин П.П. Основания и фундаменты. Изд-во «Высшая школа», М., 1972, стр. 230), включающий бурение скважины, разбуривание уширения раскрывающимися ножами, наполнение скважины жидким раствором глины, удаление эжектором или насосом жидкого раствора глины после окончания бурения скважины и заполнение образованной полости бетоном.

Общими признаками прототипа и предлагаемого решения являются: образование скважины, уширение скважины в ее нижней части и заполнение образовавшейся полости бетоном.

Недостатками способа являются: использование сложного дорогостоящего оборудования, ограничение диаметра уширенной пяты длиной раскрывающихся ножей, что существенно снижает эффективность способа и надежность столь сложной конструкции.

Проблемой предлагаемого технического решения является повышение эффективности и надежности способа изготовления свай с уширенной пятой, которая решается за счет значительного упрощения его реализации и возможности изменения диаметра уширенной пяты.

Для решения указанной проблемы в способе изготовления свай с уширенной пятой, включающем образование скважины, уширение ее в нижней части и заполнение образовавшейся полости бетоном, согласно изобретению указанное уширение скважины производят подачей в нижнюю часть скважины на высоту уширения газообразующей жидкости, посредством которой разупрочняют грунт, доводя его до состояния газоводяной пульпы, которую удаляют.

Подача газообразующей жидкости в нижнюю часть скважины на высоту уширения с последующим разупрочнением грунта вокруг нижней части скважины приводит к образованию там уширения, поскольку газообразующая жидкость через поры и трещины в стенках скважины глубоко проникает за пределы этой скважины, образуя газоводяную пульпу, которую несложно удалить обычным насосом, что повышает эффективность способа, так как появляется возможность создания уширенной полости разного диаметра, и повышает надежность за счет отказа от использования дорогостоящего и ненадежного оборудования.

Целесообразно после образования скважины на ее дно установить непроницаемый элемент, а после подачи газообразующей жидкости установить на ее поверхности съемный непроницаемый элемент. Эти операции позволят распространяться газообразующей жидкости в основном в горизонтальной плоскости, что повысит эффективность способа за счет увеличения диаметра расширения при том же расходе газообразующей жидкости, бетона и, как следствие, повысит несущую способность будущей сваи и сохранит ее проектную длину.

Целесообразно газообразующую жидкость подавать в нижнюю часть скважины на высоту уширения под давлением. В этом случае проникновение газообразующей жидкости будет глубже в окружающий нижнюю часть скважины грунт, причем, регулируя величину давления, можно регулировать диаметр уширения скважины, а следовательно, несущую способность будущей сваи.

Сущность технического решения поясняется примером реализации способа изготовления свай с уширенной пятой и чертежом, на котором отображена схема реализации способа.

Способ реализуется следующим образом:

В массиве 1 грунта образуют скважину 2 либо посредством бурения, либо пробивкой, например, пневмопробойником (не показано). Затем из бака 3 подают газообразующую жидкость 4 в нижнюю часть скважины 2 на высоту уширения.

Газообразующая жидкость 4 представляет собой водный раствор по меньшей мере одного поверхностно-активного вещества (ПАВ) и одного газообразующего агента (например, 5-10% раствора перекиси водорода). Газообразование производят непосредственно в порах грунта, поскольку последний, как правило, содержит естественные катализаторы (окислы металлов), позволяющие производить разложение газообразующего агента (перекиси водорода) на кислород и воду. Проникая в трещины, поры и микропоры грунта, образовавшийся газ абсорбируется на поверхности пор и трещин. В результате взаимодействия на границе газ-твердое тело понижается величина свободной поверхностной энергии (эффект Ребиндера), происходит расширение пор, соединение их между собой, что ведет к разрушению структуры грунта. Водные растворы ПАВ, взаимодействуя с поверхностями микропор и трещин грунта, снижают свободную энергию на их поверхности, приводя к дальнейшему разупрочнению грунта вокруг нижней части скважины 2. Образуется газоводяная пульпа 5, при этом диаметр зоны разупрочненного грунта значительно превышает диаметр скважины 2. Посредством насоса 6 удаляют всю газоводяную пульпу 5, образуя, таким образом, уширение скважины 2 в ее нижней части со стенками естественного грунта. Все уширение, а также ствол скважины 2, заполняют бетоном, получая таким образом сваю с уширенной пятой и повышенной несущей способностью, т.к. основная часть несущей способности сваи (особенно у коротких свай) приходится на лобовую поверхность сваи.

Для сокращения расхода бетона, увеличения эффективности способа и снижения стоимости его реализации на дно образованной скважины 2 устанавливают непроницаемый элемент 7 из отходов фанеры, металла и т.д., а после заливки газообразующей жидкости 4 на ее поверхность устанавливают съемный непроницаемый элемент 8 с ручкой 9 для его демонтажа с целью проведения последующих операций: удаления газоводяной пульпы 5 и заполнения образованной полости бетоном. В этом случае основная масса газообразующей жидкости 4 будет проникать в боковые стенки скважины 2, значительно увеличивая диаметр разупрочненного грунта, при тех же расходах газообразующей жидкости 4 и бетона диаметр уширенной пяты увеличивается, повышая таким образом несущую способность изготавливаемой сваи.

Для повышения эффективности способа, газообразующую жидкость 4 из бака 3 подают под давлением, тогда ее проникновение в поры и трещины грунта будет более глубоким, а следовательно, увеличится зона разупрочненного грунта (газоводяной пульпы). Уширенная пята будет еще большего размера, что приведет к повышению несущей способности сваи. Регулируя давление подаваемой газообразующей жидкости 4, можно регулировать диаметр уширенной пяты сваи.

Заполнением образованной полости 10 бетоном под давлением можно также значительно увеличить несущую способность сваи.

Изобретение относится к строительству, а именно к изготовлению свай с уширенной пятой. Способ изготовления свай с уширенной пятой включает образование скважины, уширение ее в нижней части и заполнение образовавшейся полости бетоном. Указанное уширение скважины производят подачей в нижнюю часть скважины на высоту уширения газообразующей жидкости, посредством которой разупрочняют грунт, доводя его до состояния газоводяной пульпы, которую удаляют. Технический результат состоит в повышении эффективности и надежности изготовления сваи, снижении материалоемкости и трудоемкости возведения сваи с уширением. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ изготовления свай с уширенной пятой, включающий образование скважины, уширение ее в нижней части и заполнение образовавшейся полости бетоном, отличающийся тем, что указанное уширение скважины производят подачей в нижнюю часть скважины на высоту уширения газообразующей жидкости, посредством которой разупрочняют грунт, доводя его до состояния газоводяной пульпы, которую удаляют.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после образования скважины на ее дно устанавливают непроницаемый элемент, а после подачи газообразующей жидкости устанавливают на ее поверхности съемный непроницаемый элемент.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что газообразующую жидкость подают в нижнюю часть скважины на высоту уширения под давлением.