Способ устройства буроинъекционной сваи Российский патент 2024 года по МПК E02D5/46 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при устройстве свайных фундаментов новых зданий, при усилении фундаментов существующих зданий и сооружений, а также в качестве анкерных креплений котлованов.

Известна инъекционная свая, содержащая перфорированный инъектор, наращиваемый по мере погружения и имеющий конусный наконечник. К первой погружаемой секции инъектора приваривается круглый металлический диск, имеющий больший диаметр, чем перфорированная трубка. Под диском устанавливаются режущие пластинки, края которых выходят за его основание, что позволяет нарезать на боковой поверхности скважины пазы, что приводит при нагнетании раствора в скважину к глубокому его проникновению в пристенный слой грунта. После достижения проектной глубины верхняя часть инъектора тампонируется и происходит нагнетание избыточного количества раствора, в результате чего происходит осесимметричное увеличение первоначального диаметра скважины. Перфорированная труба-инъектор остается в теле сваи в качестве армирующего элемента. (Патент РФ №2238366, МПК E02D 5/34, 5/44, 7/26, опубликован 20.10.2004).

Недостатком изобретения является использование буровой коронки, формирующей начальный диаметр сваи, только в уровне первой секции перфорированного инъектора, в результате чего возможно оплывание стенок скважины, уменьшение диаметра и т.д. Другим недостатком изобретения является одноразовое использование тампонажной обоймы, которая устраивается из монолитного бетона и требует времени для набора прочности.

Известен буроинъекционный анкер, содержащий цементный камень и полую анкерную тягу с накатанной резьбой, через которую подается раствор в скважину, и буровое долото, расположенное на первой штанге. Соединение анкерных тяг осуществляется посредством соединительных муфт, диаметр которых меньше бурового долота (Патент ЕР 0355379 А2, МПК Е21В 10/60; Е21В 17/10; Е21В 17/18, опубликован 20.08.1988).

Недостатком аналога является то, что при устройстве буроинъекционных анкеров используется одна буровая коронка, расположенная в конце сваи, а муфты выполняют только соединительную функцию для штанг. Другим недостатком является отсутствие универсальной, быстросъемной и многократно используемой конструкции тампонажной обоймы, которая герметично устанавливается в устье скважины и позволяет выполнять нагнетание избыточного объема раствора. Также недостатком является сложность определения объема вытесненного из тела сваи промывочного раствора и его полного замещения рабочим составом, который формирует тело сваи.

Известен грунтовый анкер, включающий трубчатую тягу с защитной оболочкой из пластмассы на ее боковой поверхности, цементный камень, жестко закрепляющий нижнюю часть трубчатой тяги, снабженный натяжным приспособлением в верхней части, содержащем на трубчатом элементе упорную пластину, шайбы и гайку. В качестве трубчатой тяги используется набор насосно-компрессорных труб, соединенных между собой муфтой, имеющей коническую резьбу, в торцевых частях трубчатой тяги размещены центраторы, в нижней части закреплен полый режущий инструмент, а в верхней - переходник с резьбой, который соединен муфтой с трубчатой тягой и закреплен конической резьбой, натяжное приспособление имеет в качестве трубчатого элемента шпильку, на которой имеется шарнир, выполненный из набора шайб - конической, размещенной на упорной пластине, и сферической, размещенной на конической шайбе, гайка размещена на сферической шайбе. (Патент РФ №83517, МПК E02D 5/80, опубликован 10.06.2009).

Недостатком изобретения является использование центраторов, которые лишь удерживают в равновесии устраиваемый анкер и свободно пропускают цементный раствор, движущийся снизу-вверх. Центраторы, свободно перемещаясь в пределах трубчатой тяги, не способствуют дополнительному разбуриванию стенок скважины, а в некоторых случаях могут быть закупорены буровым шламом (разбуриваемым грунтом). Другим недостатком является сложность определения объема вытесненного из тела сваи промывочного раствора и его полного замещения прочным рабочим составом, который формирует тело сваи.

Наиболее близким по техническому решению, принятому за прототип, является анкерная свая, состоящая из тяги в виде соединенных муфтами штанг разного диаметра, первая из которых оснащена коронкой или долотом. Свая дополнительно снабжена штангами увеличенного диаметра и соединительными муфтами, которые также содержат буровые лопасти, что обеспечивает более качественное формирование ствола сваи (Патент РФ №2425924, МПК E02D 5/54, опубликован 10.08.2011 бюллетень №32).

Недостатком прототипа является отсутствие универсальной, быстросъемной и многократно используемой конструкции тампонажной обоймы, которая герметично устанавливается в устье скважины и препятствует выходу рабочего раствора из тела сваи, что способствует созданию в скважине избыточного давления и увеличению его первоначального диаметра. Еще одним недостатком является сложность определения объема вытесненного из тела сваи промывочного раствора и его полного замещения рабочим составом, что может привести к тому, что часть ствола сваи будет содержать включение бурового шлама. Также прототип лишен возможности регулирования несущей способности готовой сваи.

Задачей изобретения является повышение технологичности и качества устройства буроинъекционной сваи, а также повышение ее несущей способности.

Технический результат состоит в повышении технологичности и качества устройства буроинъекционной сваи, в обеспечении контролируемости технологических (расход промывочного и твердеющего рабочего растворов, давление и время опрессовки скважины) и геометрических (диаметр ствола) параметров сваи при ее устройстве, а также в повышении надежности и долговечности конструкции выполненной сваи.

Указанный технический результат достигается посредством реализации способа устройства буроинъекционной сваи, включающий бурение в грунтовом основании скважины с одновременной подачей промывочного раствора, нагнетание твердеющего рабочего раствора в скважину и ее опрессовку, при бурении в грунтовом основании скважины первая трубчатая анкерная тяга оснащается буровым долотом, имеющим сопла для подачи раствора, при этом погружение трубчатой анкерной тяги выполняют с ее посекционным наращиванием посредством резьбовых соединительных муфт, оснащенных буровыми винтовыми лопастями, диаметр которых равен диаметру бурового долота, причем после достижения проектной отметки забоя через сопла бурового долота нагнетают твердеющий рабочий раствор, в первый замес которого добавляют красящий пигмент, образующий цветную сигнальную растворную пробку, после выхода которой из скважины монтируют быстросъемную тампонажную обойму, выполненную из полого металлического корпуса в виде усеченного конуса со сплошной спиральной стальной ребордой на боковой поверхности посредством установки на выпуск трубчатой анкерной тяги через трубу, расположенную в металлическом корпусе и имеющую внутреннюю коническую резьбу на свободной части в верхнем выпуске, в результате чего осуществляют соединение быстросъемной тампонажной обоймы с буровым механизмом и производят закручивание в грунтовое основание быстросъемной тампонажной обоймы, через которую выполняют нагнетание в скважину избыточного количества твердеющего рабочего раствора, осуществляя ее опрессовку до образования вдоль трубчатой анкерной тяги уширения, после образования которого при стабилизированном значении давления быстросъемную тампонажную обойму выкручивают и снимают, а трубчатую анкерную тягу оставляют в качестве армирующего элемента сваи.

Устройство сваи включает бурение в грунтовом основании скважины с одновременной подачей промывочного раствора (жидкая суспензия, состоящая из цемента и воды, приготовленная в соотношении В:Ц=0,9-1,0), последующее нагнетание в скважину твердеющего рабочего раствора (густая суспензия, состоящая из пескоцемента и воды, приготовленная в соотношении В:Ц=0,20-0,25) и процесс опрессовки скважины заданным избыточным давлением твердеющего рабочего раствора, за счет чего достигается уплотнение и преднапряжение грунтового основания, и обеспечивается повышение сопротивления грунта по боковой поверхности буроинъекционной сваи.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображен общий вид устраиваемой буроинъекционной сваи в вертикальной и наклонной скважине с обозначением основных конструктивных элементов.

На фиг. 2 изображен узел А фиг. 1.

На фиг. 3 изображен разрез 1-1 фиг. 2.

Буроинъекционная свая оснащена быстросъемной тампонажной обоймой 6, выполненной из полого металлического корпуса 7 в виде усеченного конуса со сплошной спиральной стальной ребордой 8 на боковой поверхности. Внутри металлического корпуса 7 расположена металлическая трубка 9 с контрольным манометром 11, которая заполнена маслом и закрыта снизу эластичной мембраной 10. Внутри металлического корпуса 7 также расположена труба 12, через которую проходит трубчатая анкерная тяга 3. Труба 12 в верхнем выпуске имеет внутреннюю коническую резьбу 13 для соединения с буровым механизмом, через который осуществляется подача раствора в скважину 2, которая может быть выполнена вертикальной или наклонной в зависимости от условий производства работ.

Заявляемый способ позволяет обеспечить качество устройства буроинъекционной сваи посредством применения цветной сигнальной растворной пробки, сущность которой заключается в использовании красящего пигмента, добавляемого в первый замес твердеющего рабочего раствора, выход которой из устья скважины 2 позволяет однозначно определить полное ее заполнение твердеющим рабочим раствором и тем самым сократить материалоемкость сваи. Повышение несущей способности буроинъекционной сваи, устраиваемой по заявляемому способу, обеспечивается применением многократно используемой быстросъемной тампонажной обоймы 6, которая герметично устанавливается в устье скважины 2 и препятствует выходу твердеющего рабочего раствора из тела сваи, что способствует созданию в скважине 2 избыточного давления твердеющего рабочего раствора и увеличению первоначального диаметра сваи при опрессовке свайного основания. При опрессовке достигается уплотнение и преднапряжение свайного основания, и обеспечивается повышение сопротивления грунта по боковой поверхности сваи. Также, заявляемый способ устройства буроинъекционной сваи предусматривает использование резьбовых соединительных муфт 5, оснащенных буровыми винтовыми лопастями 14 одного с буровым долотом 4 диаметра, которые дополнительно разбуривают грунт основания по длине сваи, что способствует более эффективному вытеснению бурового шлама из скважины, и позволяет формировать тело сваи 15 единого по всей длине диаметра, а также исключает образование дефектов бурения, таких как образование шламовых пробок и утоньшений (шеек) свай.

Способ устройства буроинъекционной сваи предусматривает следующую технологическую последовательность выполнения работ: в грунтовом основании 1 выполняется бурение вертикальной или наклонной скважины 2 до проектной отметки забоя. Первая трубчатая анкерная тяга 3 оснащается буровым долотом 4, имеющим сопла для подачи раствора. Погружение трубчатой анкерной тяги 3 выполняют с ее посекционным наращиванием посредством резьбовых соединительных муфт 5, оснащенных буровыми винтовыми лопастями 14, диаметр которых равен диаметру бурового долота 4. Одновременно с забуриванием трубчатых анкерных тяг 3 в скважину 2 подают промывочный раствор, выходящий из сопел под давлением. В качестве промывочного раствора применяют жидкую суспензию, состоящую из цемента и воды, приготовленную в соотношении В:Ц=0,9-1,0. Бурение выполняют при условии постоянного выхода промывочного раствора и выноса бурового шлама из устья скважины 2.

После достижения проектной отметки забоя, при постоянном вращении трубчатых анкерных тяг 3, через сопла бурового долота 4, нагнетают твердеющий рабочий раствор. В качестве твердеющего рабочего раствора применяют густую суспензию, состоящую из пескоцемента и воды, приготовленную в соотношении В:Ц=0,20-0,25. Твердеющий рабочий раствор вытесняет буровой шлам и обеспечивает несущую способность буроинъекционной сваи по стволу и грунту. В первый замес твердеющего рабочего раствора добавляют красящий пигмент, образующий цветную сигнальную растворную пробку, выход которой из скважины 2 позволяет однозначно определить ее полное заполнение твердеющим рабочим раствором.

После выхода из скважины 2 цветной сигнальной растворной пробки в устье скважины 2 монтируют быстросъемную тампонажную обойму 6, которую устанавливают на выпуск трубчатой анкерной тяги 3 через трубу 12, расположенную в металлическом корпусе 7. При помощи трубы 12, имеющей внутреннюю коническую резьбу 13 на свободной части в верхнем выпуске, осуществляют соединение быстросъемной тампонажной обоймы 6 с буровым механизмом, которым осуществляют закручивание быстросъемной тампонажной обоймы 6 в грунтовое основание 1.

Далее производят нагнетание избыточного количества твердеющего рабочего раствора через быстросъемную тампонажную обойму 6 в скважину 2, в результате чего происходит дополнительное уплотнение стенок скважины 2 и в грунтовом основании 1 вдоль трубчатой анкерной тяги 3 образуется уширение, размеры которого можно контролировать и изменять путем регулирования (увеличения или уменьшения) объема подачи твердеющего рабочего раствора и величины давления опрессовки, определяемого по контрольному манометру 11. После образования уширения нагнетание избыточного количества твердеющего рабочего раствора прекращают. После стабилизации значения давления в скважине 2 быстросъемную тампонажную обойму 6 выкручивают и снимают, а трубчатая анкерная тяга 3 остается в качестве армирующего элемента буроинъекционной сваи.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет достичь повышения технологичности и качества устройства буроинъекционной сваи, обеспечить контролируемость технологических (расход промывочного и твердеющего рабочего растворов, давление и время опрессовки скважины) и геометрических (диаметр ствола) параметров сваи при ее устройстве, а также повысить надежность и долговечность конструкции буроинъекционной сваи.

Пояснения к чертежам:

1 - грунтовое основание;

2 - скважина;

3 - трубчатая анкерная тяга;

4 - буровое долото;

5 - резьбовая соединительная муфта;

6 - быстросъемная тампонажная обойма;

7 - металлический корпус;

8 - сплошная спиральная стальная реборда;

9 - металлическая трубка;

10 - эластичная мембрана;

11 - контрольный манометр;

12 - труба;

13 - внутренняя коническая резьба;

14 - буровые винтовые лопасти;

15 - тело сваи.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при устройстве свайных фундаментов новых зданий, при усилении фундаментов существующих зданий и сооружений, а также в качестве анкерных креплений котлованов. Технический результат - повышение технологичности и качества устройства буроинъекционной сваи, обеспечение контролируемости технологических и геометрических параметров сваи при ее устройстве, а также повышение надежности и долговечности конструкции сваи. Способ устройства буроинъекционной сваи включает бурение в грунтовом основании скважины с одновременной подачей промывочного раствора, нагнетание твердеющего рабочего раствора в скважину и ее опрессовку. При бурении в грунтовом основании скважины первую трубчатую анкерную тягу оснащают буровым долотом, имеющим сопла для подачи раствора. Погружение трубчатой анкерной тяги выполняют с ее посекционным наращиванием посредством резьбовых соединительных муфт, оснащенных буровыми винтовыми лопастями, диаметр которых равен диаметру бурового долота. После достижения проектной отметки забоя через сопла бурового долота нагнетают твердеющий рабочий раствор, в первый замес которого добавляют красящий пигмент, образующий цветную сигнальную растворную пробку, после выхода которой из скважины монтируют быстросъемную тампонажную обойму, выполненную из полого металлического корпуса в виде усеченного конуса со сплошной спиральной стальной ребордой на боковой поверхности посредством установки на выпуск трубчатой анкерной тяги через трубу, расположенную в металлическом корпусе и имеющую внутреннюю коническую резьбу на свободной части в верхнем выпуске, в результате чего осуществляют соединение быстросъемной тампонажной обоймы с буровым механизмом и производят закручивание в грунтовое основание быстросъемной тампонажной обоймы, через которую выполняют нагнетание в скважину избыточного количества твердеющего рабочего раствора, осуществляя ее опрессовку до образования вдоль трубчатой анкерной тяги уширения, после образования которого при стабилизированном значении давления быстросъемную тампонажную обойму выкручивают и снимают. Трубчатую анкерную тягу оставляют в качестве армирующего элемента сваи. 3 ил.

Способ устройства буроинъекционной сваи, включающий бурение в грунтовом основании скважины с одновременной подачей промывочного раствора, нагнетание твердеющего рабочего раствора в скважину и ее опрессовку, отличающийся тем, что при бурении в грунтовом основании скважины первая трубчатая анкерная тяга оснащается буровым долотом, имеющим сопла для подачи раствора, при этом погружение трубчатой анкерной тяги выполняют с ее посекционным наращиванием посредством резьбовых соединительных муфт, оснащенных буровыми винтовыми лопастями, диаметр которых равен диаметру бурового долота, причем после достижения проектной отметки забоя через сопла бурового долота нагнетают твердеющий рабочий раствор, в первый замес которого добавляют красящий пигмент, образующий цветную сигнальную растворную пробку, после выхода которой из скважины монтируют быстросъемную тампонажную обойму, выполненную из полого металлического корпуса в виде усеченного конуса со сплошной спиральной стальной ребордой на боковой поверхности посредством установки на выпуск трубчатой анкерной тяги через трубу, расположенную в металлическом корпусе и имеющую внутреннюю коническую резьбу на свободной части в верхнем выпуске, в результате чего осуществляют соединение быстросъемной тампонажной обоймы с буровым механизмом и производят закручивание в грунтовое основание быстросъемной тампонажной обоймы, через которую выполняют нагнетание в скважину избыточного количества твердеющего рабочего раствора, осуществляя ее опрессовку до образования вдоль трубчатой анкерной тяги уширения, после образования которого при стабилизированном значении давления быстросъемную тампонажную обойму выкручивают и снимают, а трубчатую анкерную тягу оставляют в качестве армирующего элемента сваи.