СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ НАБИВНОЙ СВАИ В ГРУНТЕ Российский патент 2023 года по МПК E02D5/38 E02D5/56 

Изобретение относится к области промышленного и гражданского строительства и может быть использовано при возведении свайных фундаментов.

Известен способ для сооружения свай по технологии FUNDEX. Данная технология создана в Голландии профессором Верстратенем. Сооружение сваи осуществляют путем вдавливания с вращением обсадной буровой трубы, закрытой снизу буровым чугунным наконечником, который для облегчения прохождения грунта имеет форму конуса (Рекомендации по проектированию подходов земляного полотна на слабом основании к искусственным сооружениям // отраслевой дорожный методический документ - М., 2016. - ОДМ 218.2.069-2016. - С. 39-40). Процесс работ по изготовлению сваи FUNDEX состоит из четырех этапов: забуривание в грунт буровой трубы, закрытой наконечником большего диаметра до проектной отметки; размещение арматурного каркаса внутри буровой трубы; заполнение буровой трубы бетонной смесью; извлечение буровой трубы с одновременным формированием ствола сваи.

Недостатком данного способа является сложность погружения буровой трубы до проектной отметки в плотных грунтах из-за высокого трения по боковой поверхности, а так же снижение несущей способности изготовленной сваи из-за образования на ее боковой поверхности слоя разуплотненного грунта.

Известен способ возведения буронабивной винтовой сваи в грунте (патент РФ №2317373, опубл. 20.02.2008). Способ включает образование пилотной скважины в грунте путем бурения и выдачи разрушенного грунта на поверхность посредством полого шнекового бурового снаряда с породоразрушающим инструментом. Извлечение бурового снаряда из скважины. В стенках пилотной скважины выполняют с возможностью изменения шага спирали винтовую щель. Подачу бетонной смеси осуществляют через внутренний канал шнекового бурового снаряда для заполнения образовавшейся в пилотной скважине полости и винтовой щели по мере поднятия бурового снаряда. Размещение в скважине металлического каркаса осуществляют после полного выхода бурового снаряда из скважины и заполнения ее бетонной смесью.

Недостатком данного способа является высокая трудоемкость его реализации, обусловленная необходимостью погружения каркаса в заполненную бетонной смесью скважину, причем на всю ее глубину для обеспечения несущей способности. Необходимо дополнительное оборудование (вибропогружатель) для погружения каркаса после заполнения скважины раствором.

Известен способ устройства буронабивной сваи (патент РФ 2717554, опубл. 24.03.2020), который включает бурение скважины в грунте и размещение в ней трубы путем ее ввинчивания. Труба имеет со шнековую навивку на нижнем конце трубы. Навивка выполнена с большим диаметром по отношению к диаметру скважины для образования контакта кромки шнековой навивки со стенками скважины. В полость трубы размещают металлический каркас и подают в нее бетонную смесь под давлением и одновременно вывинчивают трубу, при этом уплотняют стенки скважины и формируют сваю бетонной смесью под шнековой навивкой по мере перемещения трубы.

Недостатком данного способа является сложность и низкая производительность изготовления сваи, поскольку сначала необходимо пробурить скважину, после чего ввинтить трубу со шнековой навивкой, опустить арматурный каркас и, заливая бетонную смесь, вывинтить трубу. Для этого требуется разное оборудование - одно для завинчивания трубы, другое для бурения скважины или же необходима переоснастка оборудования для бурения скважины. Также навивка выполненная с большим диаметром по отношению к диаметру скважины при завинчивании трубы потребует высоких значений крутящего момента.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению выбран способ возведения буронабивной сваи в грунте (патент РФ 2208088, опубл. 10.07.2003), заключающийся в том, что обсадную полую трубу с наконечником в нижней части погружают в грунт до проектной отметки. На внешней поверхности трубы смонтирован винтовой шнек, выполненный из металлического проката постоянного сечения, которое составляет 0,02 - 0,1 диаметра трубы. Винтовой шнек расположен по всей поверхности трубы с заданным постоянным или переменным шагом и углом навивки. Погружение трубы осуществляют за счет одновременного вращения ее и вдавливания в грунт под внешним осевым усилием или за счет вращения с погружением под собственным весом. Затем в полости трубы размещают металлический каркас и заполняют ее бетоном. До затвердения бетона трубу вывинчивают из грунта. При этом вывинчивание трубы из грунта осуществляют за счет ее обратного вращения под внешним осевым усилием, направленным к пяте, или за счет обратного ее вращения с осевым усилием, направленным в сторону, противоположную пяте сваи.

Недостатком данного способа является снижение несущей способности возведенной буронабивной сваи из-за образования неуплотненных стенок скважины с водонасыщенным грунтом по боковой поверхности обсадной трубы. Водонасыщенный грунт размывает боковую поверхность бетонной сваи до ее затвердения после извлечения обсадной трубы, что снижает несущую способность сваи. Использование данной технологии в плотных грунтах при завинчивании и вывинчивании трубы требует высоких значений крутящего момента и осевого усилия. Для этого необходимо применение буровых установок большой мощности, что сужает область применения данного способа.

Технической задачей данного изобретения является расширение арсенала технических средств, используемых при возведении набивных свай, обеспечивающих повышение несущей способности буронабивной сваи в грунте за счет уплотнения стенок скважины и выбурки неуплотненного водонасыщенного грунта при формировании скважины, а также расширение области применения способа при строительстве фундаментов в любых грунтовых условиях при снижении энергозатрат.

Поставленная задача достигается тем, что способе возведения набивной сваи в грунте обсадную полую трубу с наконечником в виде конуса в нижней части и винтовым шнеком, смонтированным по всей внешней поверхности трубы погружают в грунт до проектной отметки. Погружение трубы осуществляют при одновременном вращении и вдавливании в грунт под внешним осевым усилием. Винтовой шнек выполнен в виде лопастей плоской формы, ширина которых составляет 2-10% от диаметра трубы. При достижении проектной отметки в полости трубы размещают металлический каркас и заполняют трубу бетонной смесью. До затвердения бетона обсадную трубу извлекают из грунта. Новым является то, что внешний диаметр плоских лопастей винтового шнека совпадает с диаметром основания конуса наконечника. При извлечении трубы осуществляют вынос разуплотненного водонасыщенного грунта с боковой поверхности скважины плоскими лопастями винтового шнека и одновременно производят дополнительный долив бетонной смеси в образованное пространство.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена обсадная полая труба с наконечником в виде конуса в нижней части и винтовым шнеком, смонтированным на внешней поверхности трубы.

Способ осуществляется следующим образом.

Обсадную полую трубу 1 (фиг. 1) с наконечником в виде конуса 3 в нижней части и винтовым шнеком 2, смонтированным на внешней поверхности трубы погружают в грунт до проектной (заданной) отметки. Обсадная металлическая труба 1 представляет собой вытянутое по длине цилиндрическое тело полое внутри. Обсадная труба выполнена с постоянным поперечным сечением по длине. В нижней части обсадной трубы имеется металлический теряемый наконечник 3 в виде перевернутого конуса. Верхний конец трубы выполнен с элементами связи с устройством, обеспечивающим равномерную передачу крутящего момента трубе и создание внешней осевой нагрузки (устройство не показано). Формирование скважины осуществляют при следующих условиях: вращение обсадной трубы с наконечником и постоянное вдавливание ее в грунт под воздействием внешнего осевого усилия. Забуривание трубы производят до заданной отметки. Диаметр образованной скважины равен диаметру основания конуса наконечника 3 и внешней кромки лопасти винтового шнека 2. Смонтированный на внешней поверхности трубы винтовой шнек 2 выполнен в виде металлических лопастей плоской формы, ширина которых h (фиг. 1) составляет 2-10% от диаметра трубы d. Внешний диаметр винтового шнека 2 совпадает с диаметром основания конуса наконечника h+d=D. Винтовой шнек 2 выполнен с заданными постоянными шагом и углом навивки.

Когда наконечник трубы достигает заданной отметки, в полости трубы размещают арматурный металлический каркас и заполняют полость трубы бетонной смесью. До затвердения бетона обсадную трубу извлекают из грунта путем приложения осевого усилия, направленного в противоположную сторону относительно забуривания и одновременно вращают трубу, при этом направление вращения не меняют.

В процессе образования скважины и вдавливании в грунт обсадной трубы с наконечником происходит вытеснение грунта и уплотнение его в радиальном направлении. В результате изменяются физико-механические свойства грунта по боковой поверхности обсадной трубы и образуется скважина диаметром соответствующим диаметру основания конуса. После прохождения основания конуса наконечника через слои грунта происходит уменьшение диаметра скважины, а также частичное разуплотнение ранее уплотненного грунта на контакте «стенка скважины - обсадная труба». Образованный разуплотненный водонасыщенный грунт, который располагается вдоль внешней поверхности трубы, транспортируют из скважины плоскими лопастями винтового шнека при извлечении трубы. Наличие винтовых лопастей плоской формы позволяет осуществлять работу по созданию скважины на более тяжелых (плотных) грунтах.

Внешний диаметр лопастей совпадает с диаметром основания конуса наконечника, поэтому основная часть разуплотненного водонасыщенного грунта удаляется из скважины.

Ширина лопастей винтового шнека составляет 2-10% от диаметра обсадной трубы. Экспериментально установлено, что при ширине лопасти шнека больше 10% от диаметра трубы происходит большое выбуривание грунта из скважины, что снижает плотность грунта стенок и уменьшает несущую способность сваи. При ширине лопасти шнека меньше 2% диаметра трубы ухудшается экскавация разуплотненного водонасыщенного грунта на поверхность скважины и увеличивается трение грунта о стенку обсадной трубы, что увеличивает энергозатраты используемого оборудования.

Одновременно с извлечением обсадной трубы производят дополнительный дозированный долив бетонной смеси для заполнения полости, образованной лопастями винтового шнека. За счет силы тяжести бетонной смеси создается избыточное давление в полости трубы, которое позволяет равномерно заполнять скважину бетонной смесью. За счет этого происходит уплотнение стенок скважины при формировании сваи. Извлечение грунта с боковой поверхности скважины и дополнительное заполнение бетонной смесью пространства, образованного винтовым шнеком приводит к увеличению геометрических размеров сваи (диаметр). Все это в совокупности увеличивает несущую способность буронабивной сваи.

Бурение скважины обсадной трубой с плоскими лопастями и экскавация грунта на поверхность приводит к снижению трения по боковой поверхности обсадной трубы при ее завинчивании и вывинчивании, что снижает энергозатраты проводимых работ. Наличие винтовых лопастей позволяет осуществлять работу по созданию скважины на более тяжелых (плотных) грунтах. При этом погружение и извлечение обсадной трубы не требует высоких значений крутящего момента и осевого усилия, что позволяет использовать буровые установки малой мощности. Данный факт расширяет область применения данного способа из-за низкой энергоемкости процесса.

Таким образом, в результате использования данного способа с применением обсадной трубы, имеющей винтовой шнек с лопастями плоской формы и заданными размерами можно возводить сваи с диаметром равным диаметру винтового шнека, которые имеют более высокую несущую способность за счет уплотнения стенок скважины, выбурки разуплотненного водонасыщенного грунта и заполнения образованной полости бетонной смесью. Формирование скважины при строительстве фундаментов может быть осуществлено в любых грунтовых условиях. При этом выполнение работ требует использования оборудования меньшей мощности по сравнению с прототипом.

Изобретение относится к области промышленного и гражданского строительства и может быть использовано при возведении свайных фундаментов. Технический результат - повышение несущей способности буронабивной сваи в грунте. Способ возведения набивной сваи в грунте, заключается в том, что обсадную полую трубу с наконечником в виде конуса в нижней части и винтовым шнеком, смонтированным по всей внешней поверхности трубы погружают в грунт до проектной отметки, погружение трубы осуществляют при одновременном вращении и вдавливании в грунт под внешним осевым усилием. Винтовой шнек выполнен в виде лопастей, ширина которых составляет 2-10% от диаметра трубы. При достижении проектной отметки в полости трубы размещают металлический каркас и заполняют трубу бетонной смесью. Затем до затвердения бетона обсадную трубу извлекают из грунта. Внешний диаметр плоских лопастей винтового шнека совпадает с диаметром основания конуса наконечника. При этом, извлекая трубу, осуществляют вынос разуплотненного водонасыщенного грунта, заключенного между плоскими лопастями винтового шнека, с боковой поверхности скважины и одновременно производят дополнительный долив бетонной смеси в образованное пространство. 1 ил.

Способ возведения набивной сваи в грунте, заключающийся в том, что обсадную полую трубу с наконечником в виде конуса в нижней части и винтовым шнеком, смонтированным по всей внешней поверхности трубы погружают в грунт до проектной отметки, погружение трубы осуществляют при одновременном вращении и вдавливании в грунт под внешним осевым усилием, винтовой шнек выполнен в виде лопастей, ширина которых составляет 2-10% от диаметра трубы, при достижении проектной отметки в полости трубы размещают металлический каркас и заполняют трубу бетонной смесью, затем до затвердения бетона обсадную трубу извлекают из грунта, отличающийся тем, что внешний диаметр плоских лопастей винтового шнека совпадает с диаметром основания конуса наконечника, при этом, извлекая трубу, осуществляют вынос разуплотненного водонасыщенного грунта, заключенного между плоскими лопастями винтового шнека, с боковой поверхности скважины и одновременно производят дополнительный долив бетонной смеси в образованное пространство.