СПОСОБ УСТРОЙСТВА СВАИ В ПРОБИТОЙ СКВАЖИНЕ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2018 года по МПК E02D5/44 

Изобретение относится к области строительства, в частности к устройству свайных фундаментов из забивных (вдавливаемых), а также набивных свай в пробитых (продавленных) скважинах с уширенным основанием преимущественно в слабых переувлажненных и водонасыщенных грунтах с использованием гибких эластичных оболочек.

Анализ технических решений, относящихся главным образом к устройству набивных, буровых и др. типов свай с применением эластичных оболочек (см., например, RU 2386748 C1, RU 2386749 С1, 2010), показал, что они используются в основном для: исключения влияния агрессивной среды (жидкостей, газов и других неблагоприятных факторов) на материал свай или как противофильтрационное мероприятие; снижения сил морозного пучения в глинистых и подобных грунтах, а также сил нагружающего (отрицательного) трения по боковой поверхности свай в лессовых просадочных грунтах II типа по просадочности и в некоторых других случаях. Так, например, устройство набивных или буровых свай в лессовых просадочных грунтах II типа по просадочности включает следующие основные технологические операции: образование скважины, в том числе с ее пробивкой обсадной трубой с теряемым башмаком; устройство уширенного основания из втрамбованного жесткого грунтового материала при приподнятой обсадной трубе; извлечение обсадной трубы; погружение в скважину эластичной оболочки с открытым дном на глубину зоны влияния сил нагружающего трения; заполнение скважины литым бетоном; погружение в свежеуложенный бетон арматурного каркаса с приложением к нему вибрации.

Защитные оболочки из синтетических материалов, тканей, пропитанных различными смолами и каучуком, достаточно широко используются в Англии, Франции, Японии, Беларуси и других странах при устройстве набивных свай в водонасыщенных грунтах. Последовательность изготовления таких свай включает следующие основные технологические операции: бурение скважины, погружение в нее эластичной оболочки с закрытым дном (в виде «чулка») из пластического материала с креплением (фиксацией) ее верхней части на поверхности; расправление при необходимости оболочки в скважине сжатым воздухом; установку в оболочку (скважину) арматурных стержней (каркаса); заполнение оболочки бетонной смесью с уплотнением ее вибратором.

Основными недостатками предлагаемых технических решений являются низкая несущая способность (или даже ее дополнительного снижения) по боковой поверхности в пределах залегания слоя слабых (например, биогенных) переувлажненных и водонасыщенных грунтов, относительно высокая трудоемкость, а также длительность набора прочности используемой литой бетонной смеси (Ганичев И.А. Устройство искусственных оснований и фундаментов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1981; СТО 36554501-018-2009. Стандарт организации. Проектирование и устройство свайных фундаментов и уплотненных оснований из набивных свай в пробитых скважинах. НИЦ "Строительство". - 2010; СП 24.13330.2011. Свайные фундаменты. М. 2011; Руководство по проектированию свайных фундаментов/НИИОСП им. Н.М. Герсеванова Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1980 с дополнениями в 2017 г.).

Известны и широко применяются в различных грунтовых условиях свайные фундаменты из забивных призматических, пирамидальных, булавовидных и других свай (СП 50-102-2003. Проектирование и устройство свайных фундаментов. Госстрой России. М. 2004; СП 24.13330.2011. Свайные фундаменты. М. 2011; Руководство по проектированию свайных фундаментов/НИИОСП им. Н.М. Герсеванова Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1980 с последними дополнениями в 2017 г.).

Основными недостатками фундаментов из забивных свай являются: практически полное отсутствие несущей способности или даже ее снижение по боковой поверхности в пределах толщи слабых водонасыщенных грунтов, невысокая несущая способность при опирании их концов на подстилающие несущие грунты с относительно высокой сжимаемостью, а также снижение несущей способности по боковой поверхности сваи в пределах антифрикционного покрытия в лессовых грунтах II типа по просадочности.

Относительно близкими из известных технических решений к предлагаемому способу являются способы устройства фундаментов из буроопускных железобетонных свай, выполняемых путем: погружения теряемой (оставляемой) обсадной трубы с открытым торцом с частичным заглублением ее в подстилающий несущий слой; выбуривания из обсадной трубы и из подстилающего несущего слоя грунта; создания в нижней части уширения; частичного заполнения трубы литой бетонной смесью с последующим погружением в нее сборной железобетонной сваи (СП 50-102-2003. Проектирование и устройство свайных фундаментов. Госстрой России. М. 2004; СП 24.13330.2011. Свайные фундаменты. М., 2011 и др.).

Основными недостатками фундаментов из буроопускных железобетонных свай являются: практически полное исключение из передачи нагрузки на грунт основания по боковой поверхности сваи в пределах толщи водонасыщенных слоев заиленных, заторфованных и других слабых грунтов; длительность набора литой бетонной смеси до требуемой прочности и другие.

Известен также способ устройства сваи по SU 1170044 А (опубл. 30.07.1985), включающий выполнение многослойной из расположенных коаксиально на расстоянии друг от друга бетонных слоев и размещенных между ними прослоек сыпучего материала (например, песка или другого аналогичного материала).

Недостатками этого способа возведения сваи являются: невозможность в слабых водонасыщенных грунтах создания уплотненных зон и тем более бетонных слоев по боковой поверхности; достаточно длительный период времени для набора литым бетоном необходимой прочности перед нагрузкой сваи; устройство сваи связано с комбинацией двух видов свай: набивной (опускной) с использованием литого бетона и сборной железобетонной, что приводит к существенному увеличению не только сроков ее возведения, но и трудоемкости, а также к резкому ограничению области применения по грунтам основания.

Из известных следует отметить способ возведения свайного фундамента из забивных свай на просадочных грунтах с II типом по просадочности по SU 885446 А1 (опубл. 30.11.1981), из которого следует, что его устройство связано в основном с образованием скважин бурением, заполнением скважин песком (дренирующим материалом), замачиванием участка (пятна) застройки и погружением в скважины сборных железобетонных свай.

Способ возведения свайного фундамента по SU 885446 А имеет следующие основные недостатки:

а) рассматриваемый способ устройства фундамента распространяется только на просадочные грунты с II типом грунтовых условий, в которых возможна просадка грунта от его собственного веса;

б) скважины образуют бурением без создания по ее периметру уплотненной зоны;

в) длительность всего цикла возведения свай составляет около 2-3-х месяцев;

г) выполнение дренажных скважин с заглублением их в непросадочный подстилающий несущий слой 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) практически невозможно синхронизировать в одном проектном решении схему расположения дренажных скважин и забивных свай;

е) из-за отсутствия в рассматриваемом техническом решении создания уширенного основания под торцом свай резко снижается их потенциально возможная несущая способность.

Из известных способов следует также отметить патент на полезную модель сваи (RU 62619 U1, опубл. 27.04.2007), где описан способ изготовления забивной сборной железобетонной сваи, который включает образование лидерной скважины, которую заполняют смесью грунта с цементом, после чего с помощью вибропогружателя сваю погружают в заполненную скважину. Повышение несущей способности сваи обеспечивается за счет увеличения поперечного сечения ее подземной части и сил сопротивления на контакте тела сваи с грунтоцементной смесью.

Однако целесообразность применения сваи по патенту RU 62619 U1 весьма ограничена, так как она имеет следующие существенные недостатки:

- в подавляющем большинстве случаев и грунтовых условий несущая способность висячих и тем более забивных свай формируется главным образом за счет сопротивления грунта под нижним концом свай, поэтому обычно наибольший эффект по повышению их несущей способности достигается преимущественно за счет применения мероприятий, связанных именно с нижней частью свай путем устройства уширений, упрочнения грунтов и т.п.; повышение несущей способности свай предусматривается только по их боковой поверхности, что всегда менее эффективно;

- при гладкой боковой поверхности типовых заводской готовности сборных железобетонных свай и низкой прочности «смеси грунта с цементом» (обычно применяемых кладочных и др. цементных растворов) не обеспечивается достаточно прочная связь оболочек из упомянутых выше «смеси грунта с цементом» со сваями и их совместная работа; в связи с этим, а также с учетом отмеченного ниже оболочку «смеси грунта с цементом» следует рассматривать как грунтовую оболочку;

- высокие материальные затраты (стоимость, трудоемкость, расход энергии и др.) на производство «смеси грунта с цементом» близкие по приготовлению, хранению, доставке и т.п. к цементным растворам по сравнению с использованием местного грунта;

- не эффективна в переувлажненных и тем более в водонасыщенных оплывающих грунтах, так как в этих грунтовых условиях «смесь грунта с цементом» сразу же превращается в цементный раствор, который, как известно, становится практически несжимаемым и подобно жидкости при погружении в него свай будет выдавливаться вверх, как это происходит при устройстве, например, буроопускных свай, несущая способность которых в основном определяется и обеспечивается сопротивлением грунта по их подошве (торцу).

Практическое использование эластичных оболочек при устройстве забивных и набивных свай в пробитых (продавленных) скважинах в нормативной и технической литературе отсутствует.

Наиболее близким аналогом заявленного технического решения, принятым за прототип, является способ устройства забивной сваи (патент RU 2582530 С2, опубл. 27.04.2016), включающий с некоторой интерпретацией пробивку (продавливание) скважины с использованием обсадной трубы с башмаком-пробойником в нижней части, над которым затем формируют уширенное основание из жесткого грунтового материала, поверх которого отсыпают без уплотнения сыпучий или жесткий грунтовый материал с последующим погружением в него забивной железобетонной сваи и окончательным формированием уширенного основания и уплотненной зоны как в нижней, так и по боковой поверхности забивной сваи.

Основными недостатками этого технического решения являются низкие: надежность, связанная с достаточно высокой вероятностью поступления подземных вод в пробитую (продавленную) скважину в процессе формирования уширенного основания из втрамбованного (уплотненного) жесткого грунтового материала, отсыпки из сыпучего грунтового материала после извлечения обсадной трубы и забивки сваи; несущая способность по боковой поверхности забивной (вдавливаемой) сваи в пределах толщи залегания слабых влажных (переувлажненных) и водонасыщенных грунтов из-за снижения сил трения и сцепления и незначительной зоны уплотнения вокруг пробитой скважины или даже ее отсутствия.

Технической проблемой предлагаемого изобретения является устранение приведенных выше недостатков прототипа, а именно, повышение надежности и несущей способности сваи и свайного фундамента, а также расширение области применения по грунтовым условиям и тем самым повышения эффективности в целом.

Технический результат изобретения, обеспечивающий решение указанной технической проблемы, заключается в исключении поступления подземных вод в пробитую (продавленную) скважину в процессе создания скважины и забивки сваи.

Указанный технический результат достигается способом устройства забивной сваи по первому варианту путем образования скважины пробивкой или продавливанием ее с использованием башмака-пробойника и обсадной трубы, извлечения обсадной трубы, заполнения скважины засыпкой, погружения в засыпанный материал забивной железобетонной сваи, формирования уширенного основания из жесткого грунтового материала в нижней части скважины над башмаком-пробойником, в котором пробивку или продавливание скважины осуществляют обсадной трубой с башмаком-пробойником в нижней части с прикрепленной к нему снаружи обсадной трубы эластичной оболочкой, после образования скважины в открытую сверху внутреннюю полость башмака-пробойника устанавливают башмак-уширитель, засыпают в нижнюю часть обсадной трубы над башмаком-уширителем жесткий грунтовый материал (обычно щебень, гравий и т.п.), поверх которого засыпают в обсадную трубу сыпучий или жесткий грунтовый материал, извлекают обсадную трубу с заполнением им скважины на всю ее высоту, после чего осуществляют погружение железобетонной сваи в скважину с формированием уширенного основания в нижней части и уплотнением сыпучего или жесткого грунтового материала в эластичной оболочке и формированием дополнительной уплотненной зоны вокруг скважины.

При этом для пробивки скважины могут использовать инвентарную металлическую обсадную трубу, торец которой вставлен во внутреннюю полость башмака-пробойника.

Для увеличения несущей способности сваи после извлечения обсадной трубы повторно погружают в засыпанную скважину инвентарную обсадную трубу с самораскрывающимся наконечником в нижней части, торец которой погружают в отсыпку из жесткого грунтового материала в нижней части скважины, засыпают в нее такой же материал, как при первой засыпке и извлекают обсадную трубу с заполнением скважины этим материалом.

Для увеличения несущей способности сваи формирование уширенного основания из жесткого грунтового материала над башмаком-уширителем предварительно осуществляют торцом съемного наконечника, установленного на обсадную трубу или штангу, опущенную в обсадную трубу, используемую для образования скважины и приподнятую на высоту отсыпки из жесткого грунтового материала в нижней ее части.

При этом после предварительного формирования уширенного основания, отсыпки поверх него в скважину сыпучего или жесткого грунтового материала погружают в скважину обсадную трубу с самораскрывающимся наконечником до верха уширенного основания или до отказа при меньшей глубине погружения с последующим заполнением ее тем же грунтовым материалом, извлечением обсадной трубы с самораскрывающимся наконечником и погружением сваи.

В качестве сыпучего материала можно использовать сыпучий грунтовый материал или экологически чистые отходы промышленных производств, близкие по гранулометрическому составу к песчаным грунтам.

Следует отметить, что реализация устройства забивной сваи в пробитой (продавленной) скважине по первому варианту наиболее эффективна при залегании в основании достаточно хорошо уплотняемых слабых переувлажненных и водонасыщенных грунтов, когда в процессе пробивки (продавливания) скважины обеспечиваются устойчивость ее стенок от обрушения и возможность беспрепятственного погружения эластичной оболочки в образованный зазор с наружной стороны обсадной трубы.

Благодаря использованию эластичной оболочки, формирование скважины, отсыпку в нее грунтового материала и погружение сваи, а также дополнительные технологические операции, связанные с увеличением несущей способности сваи и отмеченные выше, осуществляют при полном отсутствии свободной воды, что способствует увеличению несущей способности сваи по всей ее боковой поверхности.

В качестве материала гибких эластичных оболочек возможно использовать: полиэтиленовую пленку, в том числе многослойную (обычно двух-трехслойную), армированную; резинотканевый и резинокордный материал, а также эти материалы в сочетании с кевларовой тканью со специальным водостойким покрытием и т.п., которые обладают необходимыми прочностными на растяжение, водостойкими (противофильтрационными), износостойкими, антифрикционными при необходимости и т.п. физико-механическими свойствами и, кроме того, способностью изменять свою конфигурацию (например, объем и размер в поперечнике) при устройстве уширенного основания из жесткого грунтового материала в нижней части и по боковой поверхности при погружении свай с учетом возможных повторных предварительных погружений обсадных труб с самораскрывающимся наконечником. Также возможно использование комбинированной эластичной оболочки в пределах уширенного основания и ствола сваи.

Указанный технический результат также достигается способом устройства забивной сваи по второму варианту путем образования скважины пробивкой или продавливанием ее с использованием башмака-пробойника и обсадной трубы, извлечения обсадной трубы, заполнения скважины засыпкой, погружения в засыпанный материал забивной железобетонной сваи, формирования уширенного основания из жесткого грунтового материала в нижней части скважины над башмаком-пробойником, отличающийся тем, что пробивку или продавливание скважины осуществляют обсадной трубой с башмаком-пробойником в нижней части с погружением его в подстилающий несущий слой грунта, после образования скважины в открытую сверху внутреннюю полость башмака-пробойника устанавливают башмак-уширитель с прикрепленной к нему эластичной оболочкой, засыпают в нижнюю часть обсадной трубы с эластичной оболочкой внутри нее над башмаком-уширителем жесткий грунтовый материал, поверх которого засыпают сыпучий или жесткий грунтовый материал, извлекают обсадную трубу с заполнением указанным материалом скважины на всю ее высоту, после чего погружают сваю в скважину с формированием уширенного основания в нижней части и уплотнением сыпучего грунтового материала по боковой поверхности сваи в эластичной оболочке и формированием дополнительной уплотненной зоны в подстилающем несущем слое грунта.

При этом для пробивки скважины могут использовать инвентарную металлическую обсадную трубу, торец которой вставлен во внутреннюю полость башмака-пробойника.

Для увеличения несущей способности сваи после извлечения обсадной трубы повторно погружают в скважину обсадную трубу с самораскрывающимся наконечником в нижней части, торец которой погружают в отсыпку из жесткого грунтового материала в нижней части скважины, засыпают в нее такой же материал, как при первой засыпке и извлекают обсадную трубу с заполнением скважины этим материалом.

Для увеличения несущей способности сваи формирование уширенного основания из жесткого грунтового материала над башмаком-уширителем предварительно осуществляют торцом съемного наконечника, установленного на обсадную трубу или штангу, опущенную в обсадную трубу, используемую для образования скважины и приподнятую на высоту отсыпки из жесткого грунтового материала в нижней ее части.

При этом после предварительного формирования уширенного основания, отсыпки поверх него в скважину сыпучего или жесткого грунтового материала погружают в скважину обсадную трубу с самораскрывающимся наконечником до верха уширенного основания или до отказа при меньшей глубине погружения с последующим заполнением ее тем же грунтовым материалом, извлечением обсадной трубы с самораскрывающимся наконечником и погружением сваи.

В качестве сыпучего материала можно использовать сыпучий грунтовый материал или экологически чистые отходы промышленных производств, близкие по гранулометрическому составу песчаным грунтам.

Следует отметить, что второй вариант способа устройства забивной сваи в пробитой (продавленной) скважине применяют при наличии в основании слабых переувлажненных и водонасыщенных грунтов, когда в процессе пробивки (продавливания) скважины до подстилающего несущего (минерального) слоя грунта не обеспечивается устойчивость ее стенок от обрушения (или даже частичного оплывания) из-за практически полного отсутствия уплотненной зоны грунта, из-за чего погружение эластичной оболочки по внешнему контуру обсадной трубы, как по первому варианту, представляется весьма проблематичной технологической операцией или даже невозможной.

Варианты предлагаемого способа поясняются чертежами.

На фиг. 1-5 показана последовательность технологических операций устройства забивной сваи по первому варианту: на фиг. 1 изображена погруженная в грунт основания инвентарная металлическая обсадная труба с башмаком-пробойником в нижней части специальной конструкции и прикрепленной к нему эластичной оболочкой и установленным в его внутреннюю полость башмаком-уширителем; на фиг. 2 изображен узел А на фиг. 1 в увеличенном масштабе - башмак-пробойник с возможным вариантом конструкции крепления к нему эластичной оболочки; на фиг. 3 изображен узел Б на фиг. 2 в увеличенном масштабе - башмак-пробойник с вариантом крепления к нему эластичной оболочки с помощью дисков-ободов с элементами их крепления болтами; на фиг. 4 изображена инвентарная обсадная труба с внутренней полостью, заполненной грунтовым материалом; на фиг. 5 изображена забивная (вдавливаемая) железобетонная свая, погруженная в засыпанную скважину после извлечения обсадной трубы с образованием уширенного основания и уплотненным сыпучим грунтовым материалом по боковой поверхности сваи в эластичной оболочке и дополнительной уплотненной зоной в окружающем грунте природного сложения.

На фиг. 6-9 показана последовательность технологических операций устройства забивной сваи по второму варианту: на фиг.6 изображена погруженная в грунт основания и подстилающий несущий слой грунта инвентарная металлическая обсадная труба с башмаком-пробойником в нижней части специальной конструкции и вставленным в его полость башмаком-уширителем с прикрепленной к нему эластичной оболочкой; на фиг. 7 изображен узел В на фиг. 6 в увеличенном масштабе - башмак-уширитель с возможным вариантом конструкции крепления к нему эластичной оболочки; на фиг. 8 изображена инвентарная обсадная труба с внутренней полостью, заполненной грунтовым материалом; на фиг. 9 изображена забивная (вдавливаемая) железобетонная свая, погруженная в засыпанную скважину после извлечения обсадной трубы с образованием уширенного основания и уплотненным сыпучим грунтовым материалом по боковой поверхности сваи в эластичной оболочке и дополнительной уплотненной зоной в несущем слое грунта природного сложения.

На чертежах приняты следующие обозначения:

1 - инвентарная обсадная труба;

2 - башмак-пробойник;

3 - скважина;

4 - уплотненная зона в окружающем грунте природного сложения;

5 - гибкая эластичная оболочка;

6 - башмак-уширитель;

7 - диски-ободы с прикрепленной к ним эластичной оболочкой;

8 - крепежный болт для крепления дисков-ободов с эластичной оболочкой к башмаку-пробойнику;

9 - жесткий грунтовый материал, отсыпанный без уплотнения в нижнюю часть обсадной трубы над башмаком-уширителем;

10 - сыпучий грунтовый материал, отсыпанный без уплотнения поверх жесткого грунтового материала;

11 - забивная (вдавливаемая) железобетонная свая;

12 - уширенное основание из жесткого грунтового материала;

13 - дополнительная уплотненная зона;

14 - подстилающий несущий слой грунта;

15 - обод-обруч с прикрепленной к нему в верхней части эластичной оболочкой.

Способ устройства забивной сваи в пробитой скважине с уширенным основанием по первому варианту осуществляется следующим образом (см. фиг. 1-5). Перед забивкой (погружением) инвентарной обсадной трубы 1 башмак-пробойник 2 устанавливают на точке будущей скважины, в том числе с использованием кондуктора, затем опускают на него инвентарную обсадную трубу 1, прикрепляют к башмаку-пробойнику 2 с помощью дисков-ободов 7 эластичную оболочку 5 до или совместно с обсадной трубой 1 и погружают ее вместе с эластичной оболочкой 5, расположенной снаружи обсадной трубы 7, например, штанговым дизель-молотом или вдавливающей установкой в грунт с образованием пробитой (продавленной) скважины 3 и уплотненной зоны 4 как в нижней части, так и по боковой поверхности скважины 3.

После погружения башмака-пробойника 2 на заданную (расчетную) глубину эластичную оболочку 5 в верхней части временно фиксируют на обсадной трубе 1 до ее извлечения из заполненной грунтовым материалом скважины 3.

В нижнюю часть обсадной трубы 1 в полость башмака-пробойника 2 после погружения обсадной трубы 1 на заданную глубину вставляют башмак-уширитель 6 с помощью лебедки базовой машины или вручную. В нижнюю часть обсадной трубы 1 над башмаком-уширителем 6 вначале отсыпают жесткий грунтовый материал 9, затем сыпучий грунтовый материал 10 на высоту, обеспечивающую полное заполнение скважины 3 после извлечения обсадной трубы 1. Извлекают обсадную трубу 1 и забивают (вдавливают) сборную железобетонную сваю 11 в заполненную скважину 3 с образованием уширенного основания 12 из жесткого грунтового материала 9 и уплотненного сыпучего грунтового материала 10 в эластичной оболочке 5, а также дополнительной уплотненной зоны 13 вокруг нижней части и боковой поверхности сваи 11. Уплотненная зона грунта 4 на фиг. 5 в пределах башмаком-пробойником 2 не показана.

Башмак-пробойник 2 и башмак-уширитель 6 выполняют металлическими, бетонными или комбинированными и т.п. Башмак-уширитель 6 в верхней части выполнен с конусным заострением, а в нижней повторяет внутреннюю полость башмака-пробойника 2.

Углы заострения башмака-пробойника 2 и башмака-уширителя 6 назначают соответственно для достижения наибольшего эффекта уплотнения грунтов основания и подстилающего несущего слоя грунта в нижней части скважины 3 и формирования уширенного основания 12 из уплотненного (втрамбованного) жесткого грунтового материала 9 над башмаком-уширителем 6 и максимально возможного уплотнения сыпучего грунтового материала 10 по боковой поверхности сваи 11.

Для более надежного исключения попадания воды во внутреннюю полость обсадной трубы 1 на контакте ее с башмаком-пробойником 2 дополнительно укладывают водонепроницаемую прокладку.

Подготовку эластичной оболочки с прикреплением к ней дисков и других предварительных операций целесообразно осуществлять в стационарных условиях, а на строительной площадке выполнять только крепление ее к башмакам. Возможен также вариант стационарного крепления эластичной оболочки к башмакам.

При устройстве забивной (вдавливаемой) сваи в слабых, например, частично заторфованных, заиленных грунтах для повышения несущей способности сваи, как отмечалось выше, после извлечения обсадной трубы 1 в заполненную скважину 3 погружают инвентарную обсадную трубу с самораскрывающимся наконечником без башмака-пробойника (на чертежах не показано) с погружением его наконечника в отсыпку в нижней части скважины из жесткого грунтового материала над башмаком-уширителем 6, после чего засыпают в эту обсадную трубу 1 на всю высоту сначала жесткий грунтовый материал и затем сыпучий материал и извлекают ее с полным заполнением вновь образованной скважины указанными материалами.

Повторное погружение обсадной трубы с самораскрывающимся наконечником в скважину, засыпку в нее грунтового материала и извлечение с заполнением скважины грунтовым материалом могут осуществлять один раз или при соответствующем обосновании более одного раза.

Кроме того, увеличение несущей способности сваи может быть осуществлено путем формирования уширенного основания повышенных размеров в плане и по глубине, для чего после засыпки в нижнюю часть обсадной трубы жесткого грунтового материала приподнимают обсадную трубу 1 на высоту предполагаемой отсыпки из жесткого грунтового материала (обычно 1,5-2 диаметра пробитой скважины в нижней части) и втрамбовывают его торцом съемного наконечника инвентарной обсадной трубы или штанги (на чертежах не показано), которую затем извлекают. После этого отсыпают в обсадную трубу 1 сыпучий материал, извлекают ее и погружают в засыпанную скважину сваю с погружением ее торца в уширенное основание.

При этом после предварительного формирования уширенного основания, отсыпки поверх него в скважину 3 сыпучего или жесткого грунтового материала погружают в скважину 3 обсадную трубу с самораскрывающимся наконечником (на чертежах не показано) до верха уширенного основания или до отказа при меньшей глубине погружения с последующим заполнением ее тем же грунтовым материалом, извлечением обсадной трубы с самораскрывающимся наконечником и погружением сваи 11.

Способ устройства забивной сваи в пробитой (продавленной) скважине с уширенным основанием по второму варианту осуществляют следующим образом (фиг. 6-9). Пробивают (продавливают) скважину 3 до подстилающего несущего слоя грунта 14. После установки башмака-уширителя 6 с прикрепленной к нему посредством ободов-дисков 15 эластичной оболочкой 5, расположенной внутри обсадной трубы 1, и отсыпки в нижнюю часть обсадной трубы 1 над ним поочередно жесткого 9 и сыпучего 10 грунтового материала извлекают обсадную трубу 1 и забивают (вдавливают) сборную железобетонную сваю 11 в заполненную скважину 3 с образованием уширенного основания 12 из жесткого 9 и уплотненного сыпучего 10 грунтового материала в эластичной оболочке 5 и дополнительной уплотненной зоны 13 в подстилающем несущем слое грунта 14.

После погружения башмака-пробойника 2 на заданную глубину и башмака-уширителя 6 с эластичной оболочкой 5 ее верхнюю часть временно фиксируют на оголовке обсадной трубы 1 до ее извлечения из заполненной грунтовым материалом эластичной оболочки 5 (скважины).

Аналогичным образом, как и в первом варианте, увеличение несущей способности сваи возможно осуществлять путем использования повторного погружения обсадной трубы с самораскрывающимся наконечником, а также за счет увеличения уширенного основания путем втрамбовывания в дно скважины дополнительного объема жесткого грунтового материала. Причем повторное погружение обсадной трубы с самораскрывающимся наконечником в скважину, засыпку материала в обсадную трубу и ее извлечение с заполнением скважины грунтовым материалом могут осуществлять один раз или при соответствующем обосновании более раз.

Таким образом, наиболее значимыми преимуществами и особенностями предлагаемого способа по сравнению с известными техническими решениями являются возможность пробивки (продавливания) скважины, формирования уширенного основания, погружения сваи в отсыпанный без уплотнения в пробитую скважину грунтовый материал с применением эластичной оболочки, что существенно повышает надежность и несущую способность забивных свай в пробитых (продавленных) скважинах при устройстве свайного фундамента в слабых влажных и водонасыщенных грунтах за счет исключения повышения влажности в грунтах (материале) отсыпки, в том числе в агрессивной, например, водно-газовой среде.

Изобретение относится к области строительства, в частности к устройству свайных фундаментов из забивных (вдавливаемых) свай в пробитых (продавленных) скважинах с уширенным основанием преимущественно в слабых переувлажненных и водонасыщенных грунтах с использованием гибких эластичных оболочек. Способ устройства забивной сваи путем образования скважины пробивкой или продавливанием ее с использованием башмака-пробойника и обсадной трубы, извлечения обсадной трубы, заполнения скважины засыпкой, погружения в засыпанный материал сборной железобетонной сваи, формирования уширенного основания из жесткого грунтового материала в нижней части скважины над башмаком-пробойником. Пробивку или продавливание скважины осуществляют обсадной трубой с башмаком-пробойником в нижней части с прикрепленной к нему снаружи обсадной трубы эластичной оболочкой. После образования скважины в открытую сверху внутреннюю полость башмака-пробойника устанавливают башмак-уширитель. Засыпают в нижнюю часть обсадной трубы над башмаком-уширителем жесткий грунтовый материал, поверх которого засыпают сыпучий или жесткий грунтовый материал. Извлекают обсадную трубу с заполнением им скважины на всю ее высоту, после чего осуществляют погружение сваи в скважину с формированием уширенного основания в нижней части и уплотнением сыпучего или жесткого грунтового материала в эластичной оболочке и формированием дополнительной уплотненной зоны вокруг скважины. Технический результат состоит в повышении надежности, несущей способности фундамента, расширении области применения по грунтовым условиям и тем самым увеличении эффективности свайных фундаментов в пробитых (продавленных) скважинах в слабых влажных (переувлажненных) и водонасыщенных грунтах за счет исключения поступления подземных, в том числе агрессивных вод в пробитую (продавленную) скважину в процессе создания скважины и забивки сваи. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ устройства забивной сваи путем образования скважины пробивкой или продавливанием ее с использованием башмака-пробойника и обсадной трубы, извлечения обсадной трубы, заполнения скважины засыпкой, погружения в засыпанный материал сборной железобетонной сваи, формирования уширенного основания из жесткого грунтового материала в нижней части скважины над башмаком-пробойником, отличающийся тем, что пробивку или продавливание скважины осуществляют обсадной трубой с башмаком-пробойником в нижней части с прикрепленной к нему снаружи обсадной трубы эластичной оболочкой, после образования скважины в открытую сверху внутреннюю полость башмака-пробойника устанавливают башмак-уширитель, засыпают в нижнюю часть обсадной трубы над башмаком-уширителем жесткий грунтовый материал, поверх которого засыпают сыпучий или жесткий грунтовый материал, извлекают обсадную трубу с заполнением им скважины на всю ее высоту, после чего осуществляют погружение сваи в скважину с формированием уширенного основания в нижней части и уплотнением сыпучего или жесткого грунтового материала в эластичной оболочке и формированием дополнительной уплотненной зоны вокруг скважины.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для пробивки или продавливания скважины используют инвентарную металлическую обсадную трубу, торец которой вставлен во внутреннюю полость башмака-пробойника.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после извлечения обсадной трубы повторно погружают в скважину обсадную трубу с самораскрывающимся наконечником в нижней части, торец которой погружают в отсыпку из жесткого грунтового материала в нижней части скважины, засыпают в нее такой же материал, как при первой засыпке, и извлекают обсадную трубу с заполнением скважины этим материалом.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формирование уширенного основания из жесткого грунтового материала над башмаком-уширителем предварительно осуществляют торцом съемного наконечника, установленного на обсадную трубу или штангу, опущенную в обсадную трубу, используемую для образования скважины и приподнятую на высоту отсыпки из жесткого грунтового материала в нижней ее части.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что после предварительного формирования уширенного основания, отсыпки поверх него в скважину сыпучего или жесткого грунтового материала погружают в скважину обсадную трубу с самораскрывающимся наконечником до верха уширенного основания или до отказа при меньшей глубине погружения с последующим заполнением ее тем же грунтовым материалом, извлечением обсадной трубы с самораскрывающимся наконечником и погружением сваи.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сыпучего материала используют сыпучий грунтовый материал или экологически чистые отходы промышленных производств, близкие по гранулометрическому составу к песчаным грунтам.

7. Способ устройства забивной сваи путем образования скважины пробивкой или продавливанием ее с использованием башмака-пробойника и обсадной трубы, извлечения обсадной трубы, заполнения скважины засыпкой, погружения в засыпанный материал забивной железобетонной сваи, формирования уширенного основания из жесткого грунтового материала в нижней части скважины над башмаком-пробойником, отличающийся тем, что пробивку или продавливание скважины осуществляют обсадной трубой с башмаком-пробойником в нижней части с погружением его в подстилающий несущий слой грунта, после образования скважины в открытую сверху внутреннюю полость башмака-пробойника устанавливают башмак-уширитель с прикрепленной к нему эластичной оболочкой, засыпают в нижнюю часть обсадной трубы с эластичной оболочкой внутри нее над башмаком-уширителем жесткий грунтовый материал, поверх которого засыпают сыпучий или жесткий грунтовый материал, извлекают обсадную трубу с заполнением указанным материалом скважины на всю ее высоту, после чего погружают сваю в скважину с формированием уширенного основания в нижней части и уплотнением сыпучего грунтового материала по боковой поверхности сваи в эластичной оболочке и формированием дополнительной уплотненной зоны в подстилающем несущем слое грунта.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что для пробивки или продавливания скважины используют инвентарную металлическую обсадную трубу, торец которой вставлен во внутреннюю полость башмака-пробойника.

9. Способ по п. 7, отличающийся тем, что после извлечения обсадной трубы повторно погружают в скважину обсадную трубу с самораскрывающимся наконечником в нижней части, торец которой погружают в отсыпку из жесткого грунтового материала в нижней части скважины, засыпают в нее такой же грунтовый материал, как при первой засыпке, и извлекают обсадную трубу с заполнением скважины этим материалом.

10. Способ по п. 7, отличающийся тем, что формирование уширенного основания из жесткого грунтового материала над башмаком-уширителем предварительно осуществляют торцом съемного наконечника, установленного на обсадную трубу или штангу, опущенную в обсадную трубу, используемую для образования скважины и приподнятую на высоту отсыпки из жесткого грунтового материала в нижней ее части.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что после предварительного формирования уширенного основания, отсыпки поверх него в скважину сыпучего или жесткого грунтового материала погружают в скважину обсадную трубу с самораскрывающимся наконечником до верха уширенного основания или до отказа при меньшей глубине погружения с последующим заполнением ее тем же грунтовым материалом, извлечением обсадной трубы с самораскрывающимся наконечником и погружением сваи.

12. Способ по п. 7, отличающийся тем, что в качестве сыпучего материала используют сыпучий грунтовый материал или экологически чистые отходы промышленных производств, близкие по гранулометрическому составу песчаным грунтам.