БУРОНАБИВНАЯ СВАЯ С УШИРЕНИЕМ Российский патент 2024 года по МПК E02D5/34 

Изобретение относится к области строительства и предназначено для устройства фундаментов и может быть использовано в промышленном и гражданском строительстве, как при возведении новых зданий и сооружений, так и при усилении существующих фундаментов в слабых грунтах.

Известно техническое решение, содержащее инъекционную трубу, расширяющую оболочку и хомут для крепления оболочки к инъекционной трубе. Оболочка выполнена из лёгкого деформируемого водонепроницаемого материала. На нижнем конце инъекционной трубы сваи выполнены отверстия для облегчения более плотного заполнения расширяющейся оболочки бетонной смесью (RU 218904, МПК Е02D 5/92, 10.09.2002).

Недостаток аналога заключается в том, что отверстия в инъекционной трубе расположенные только на конце трубы в месте расположения оболочки после нагнетания бетонной смеси не обеспечивает заполнение пространства между стенкой скважины и инъекционной трубы, а соответственно не исключает свободного перемещения её в пределах диаметра скважины и последующего разрушения сваи. Также в процессе нагнетания бетонной смеси в расширяющую оболочку происходит уплотнение нижних слоёв грунтового основания под оболочкой и соответственно разуплотнение верхних слоёв над ней, в результате возникает опасность упругого отпора грунта, особенно при циклическом изменении внешней нагрузки.

Известна буроинъекционная свая с контролируемым уширением включающий бурение скважины, монтаж арматурного каркаса в виде трубы, инъекцирование цементно-песчанного раствора до контролируемого обжатия стенок скважины по всей длине затрубного пространства, при этом арматурный каркас выполнен в виде трубы-инъектора с двумя или тремя зонами инъекционных отверстий и резиновой мембраной-стаканом, закреплённой на её конце, инъекционные отверстия выполняют диаметром 0,08-0,12d, где d - диаметр скважины, расположенными в шахматном порядке равномерно во всех зонах, в первой зоне - на расстоянии 4-5 d от конца, где закреплена резиновая мембрана-стакан, во второй и третьей - по всей трубе-инъекторе, инъекцирование цементно-песчанного раствора осуществляется при помощи резинового шланга, на нижнем конце которого расположен пакер, а верхний конец соединён с насосной станцией (RU 2522358, МПК Е02D 5/46, 2014).

К недостатку сваи необходимо отнести низкую несущую способность сваи на стыке пакера и резинового мембраного-стакана после его заполнения раствором в зоне слабого грунта, так как при нагрузках, направленных перпендикулярно оси сваи возникают концентраторы напряжения, которые приведут к излому сваи. Кроме того, при повреждении резинового шланга подачи цементно-песчанного раствора в результате заклинивания пакера в инъекционной тубе или механического повреждения раствор через отверстия в инъекционной тубе заполнит пространство между стенкой скважины и трубой, а резиновый мембраный-стакан останется не заполненным частично или полностью, что не решает проблему упрочнения фундамента и ставит под сомнение применения такого типа сваи для восстановления фундамента зданий в зоне слабых грунтов.

Известно конструктивное решение инъектора в виде инъекторной трубы с отверстиями перфорации, которое используется для устройства инъекционной сваи. К нижнему концу инъекторной трубы приварен конусный наконечник, состоящий из пластины в виде диска и режущих пластин острия, края которых выступают за контур диска. Диаметр диска больше диаметра инъекторной трубы. На поверхности трубы расположены с регулярным шагом сквозные отверстия. Погружение инъектора производится с помощью специального вдавливающего оборудования. Так как диаметр трубы меньше диаметра диска наконечника, то в процессе погружения трубы образуется зазор между трубой и стенкой скважины, который препятствует засорению грунтом отверстий трубы. По длине инъекторная труба может состоять из нескольких секций и наращиваться в процессе погружения. Для этого в верхний торец задавленной секции инъекторной трубы вставляется и приваривается патрубок меньшего диаметра для стыковки со следующей секцией. В верхней части инъекторная труба снабжена устройством для тампонажа, включающая трубу для нагнетания и уширительное кольцо. После устройства инъекционной сваи инъектор выполняет роль ее арматуры (RU 2238366, МПК E02D 5/34, 2004).

Недостаток конструктивного решения аналога заключается в сложности конструкции, высокой стоимости и трудоёмкости устройства инъекционной трубы, в том числе сверления отверстий в трубе и монтажа секций, также высокая материалоёмкость в виде использования инъектора в роли арматуры инъекционной сваи и низкая надежность совместной работы трубчатой арматуры с бетоном, так как расположена на оси сваи, что не обеспечивает прочность её периферии при боковых нагрузках на сваю.

Наиболее близкой является конструкция инъектора для устройства инъекционной сваи, содержащая арматуру из одной или более жестко соединенных между собой торцами секций, конусный наконечник, закрепленный на нижнем конце арматурного каркаса выполненного в виде диска, выступающего за контур арматуры, и режущих пластин, приваренных к диску снизу, и устройство для тампонажа, включающая трубу для нагнетания и уширительное кольцо, причём каждая секция арматуры состоит из продольных стержней периодического профиля, патрубков с обоих концов секции, на внешней поверхности которых по кругу приварены концы продольных стержней, и одного или более хомутов, выполненных в виде колец с отверстиями для пропуска продольных стержней, при этом диск конусного наконечника приварен к торцу нижнего патрубка, а устройство для тампонажа приварено к торцу верхнего патрубка арматуры, при этом каждая секция может содержать один хомут, установленный посередине секции или два и более хомутов, установленных с равным шагом вдоль секции, концы режущих пластин конусного наконечника совпадают с контуром диска и выступают за контур диска, также секции соединены между собой посредством сварки торцов состыкованных патрубков. арматуры (RU 85495, МПК E02D 5/34, 2009).

Недостаток конструкции заключается в ее сложности, повышенной материалоёмкости и трудоёмкости установки хомутов в виде колец с отверстиями для пропуска стержней, которые при установке секции свободно скользят вниз вдоль стержней, что нарушается их функциональное назначение и ставит под сомнение целесообразность применения. Кроме того, применение конусного наконечника в виде диска и режущих пластин, приваренных к патрубку и выполняющих после устройства секций в скважине функцию арматуры не оправданно увеличивают материалоёмкость и трудоёмкость изготовления сваи. Также применение трубы инъектора после заполнения скважины в качестве арматуры повышает материалоёмкость сваи и не обеспечивает повышение надёжности в зоне слабых грунтов.

Таким образом, перечисленные недостатки приводят к повышению материалоёмкости, трудоёмкости и себестоимости изготовления, к снижению прочности и эксплуатационной надёжности сваи в зоне слабых грунтов и соответственно снижению экономической эффективности, что требует дальнейшего совершенствования, направленного на устранение перечисленных недостатков.

Задача изобретения заключается в повышении прочности сваи и эксплуатационной надёжности за счёт усиления конструкции арматурного каркаса, размещённого в зоне слабых грунтов.

Технический результат - повышение прочности сваи и эксплуатационной надёжности в зоне слабых грунтов.

Технический результат достигается при использовании буронабивной сваи с уширением, содержащей арматурный каркас из продольных арматурных стержней, жестко соединенных между собой хомутами, при этом свая снабжена обсадной трубой, установленной до уровня начала зоны слабых грунтов, опорной пластиной, установленной на дно скважины выпуклой поверхностью вверх, на нижнем хомуте дополнительно по его периметру равномерно распределены равные глубине зоны слабых грунтов продольные стержни арматурного каркаса, число которых превышает количество продольных стержней арматурного каркаса, расположенных над нижним хомутом на расчётную величину, обеспечивающую заданную прочность сваи в уширении зоны слабых грунтов, а на арматурном каркасе установлена съёмная пластина.

Сущность технического решения заключается в том, буронабивная свая с уширением содержит продольные стержни арматур, жестко соединенные между собой хомутами, обсадную трубу, установленную до уровня начала зоны слабых грунтов, опорную пластину, установленную на дно скважины выпуклой поверхностью вверх и сверху арматурный каркас, выполненный в виде продольных стержней с поперечными хомутами, связанными вязальной проволокой или сваркой. На нижнем хомуте дополнительно по его периметру равномерно распределены равные Н - глубине зоны слабых грунтов, продольные стержни арматурного каркаса, число которых превышает количество продольных стержней арматурного каркаса, расположенных над нижним хомутом на расчётную величину, обеспечивающую заданную прочность сваи в уширении зоны слабых грунтов. При этом при погружении арматурного каркаса перемещение концов стержней к оси скважины ограничено выпуклой поверхностью опорной пластины. На арматурном каркасе установлена съёмная пластина, которая служит опорой нагружателя при вдавливании арматурного каркаса и разведения нижних концов стержней к стенке уширения скважины зоны слабых грунтов.

Заявляемое изобретение поясняется графическим материалом:

- на фиг. 1 показана установка обсадной трубы, толкателя для разведения ножей режущего аппарата, приводной стойки режущего аппарата и режущего аппарата (А-А);

- на фиг. 2 показано уширение скважины в зоне слабых грунтов, положение обсадной трубы, толкателя для разведения ножей режущего аппарата, приводной стойки и режущего аппарата на дне скважины (В-В);

- на фиг. 3 показано положение обсадной трубы и изъятия толкателя для разведения ножей режущего аппарата, приводной стойки режущего аппарата и режущего аппарата (С-С);

- на фиг. 4 показано установка на дно скважины опорной пластины, арматурного каркаса и нажимной пластины, и положение обсадной трубы (D-D);

- на фиг. 5 показана скважина заполненная бетонной смесью ( Е-Е).

Устройство буронабивной сваи с уширением. Скважину 1 сваи 2 выполняют режущим аппаратом 3 на глубину H зоны слабого грунта. Ножи 4 режущего аппарата 3 установлены на шарнирах 5 под углом α к оси приводной стойки 6 режущего аппарата 3, предназначенного для формирования скважины 1 и её уширения 7 в зоне слабых грунтов, при этом используется толкатель 8, который разводит ножи 4 режущего аппарата 3 в горизонтальное положение, обеспечивающего заданный диаметр уширения 7 скважины 1 в зоне слабых грунтов. Одновременно с режущим аппаратом 3 в скважину опускается обсадная труба 9 до уровня начала зоны слабых грунтов, а ножи 4 на глубину H. После чего приводная стойка 6 с режущим аппаратом 3 и толкатель 8 вынимаются из скважины 1, при этом обсадная труба 9 сохраняет своё положение. После удаления из скважины 1 приводной стойки 6, режущего аппарата 3 и толкателя 8 на дно скважины устанавливают выпуклой поверхностью 10 вверх опорную пластину 11 и арматурный каркас 12, выполненный в виде продольных стержней 13 и хомутов 14, связанных между собой вязальной проволокой или сваркой, при чём на нижнем хомуте дополнительно по его периметру равномерно распределены равные Н глубине зоны слабых грунтов продольные стержни 15 арматурного каркаса 12, число которых превышает количество арматурных стержней 13, расположенных над нижним хомутом 14, на расчётную величину, обеспечивающую заданную прочность сваи 2 в уширении 7 зоны слабых грунтов, при этом при погружении арматурного каркаса 12 перемещение нижних концов стержней 15 к оси скважины 1 ограничены выпуклой 10 поверхностью опорной пластины 11. Кроме того сверху арматурного каркаса 12 установлена съёмная пластина 16, которая служит опорой нагружателя при вдавливании арматурного каркаса 12 и разведения нижних концов стержней 15 к стенке уширения 7 скважины 1 зоны слабых грунтов.

Пример работы буронабивной сваи с уширением. Буронабивная сваи с уширением применяется для устройства фундаментов и может быть использована в промышленном и гражданском строительстве, как при возведении новых зданий и сооружений, так и при усилении существующих фундаментов в слабых грунтах. Перед началом подготовки скважины определяется зона и глубина Н залегания слабого грунта, намечается координата бурения и опускается приводная стойка 6 режущий аппарат 3, на шарнирах 5 которого установлены ножи 4 под углом α к оси приводной стойки 6 режущего аппарата 3 соответствующим диаметру скважины 1, при этом толкатель 8 и обсадная труба 9 погружается одновременно с режущим аппаратом 3 до начала Н зоны слабых грунтов. Затем толкателем 8 ножи 4 разводят до горизонтального положения, одновременно вращая приводную стойку 6 опускают на глубину Н, тем самым формирует режущим аппаратом 3 уширение 7 скважины 1 зоны слабых грунтов, при чём обсадная труба 9 сохраняет свое положение на уровне начала зоны Н слабых грунтов. После завершения бурения скважины 1 толкатель 8 и приводная стойка 6 с режущим аппаратом 3 вынимаются из скважины 1 и устанавливают на дно скважины опорную пластину 11, на которую опираются параллельно расположенные концы стержней 15 арматурного каркаса 12 ограниченные от сведения их во внутрь скважины 1 выпуклой вверх поверхностью 10 опорной пластины 11. Затем сверху арматурного каркаса 12 устанавливается съёмная нажимная пластина 16, которая служит опорой для нагружающего устройства, например рычажного механизма. Во время вдавливания арматурного каркаса 12 нижние концы стержней 15 разводятся до стенки уширения 7 скважины 1, после чего нажимная пластина 16 удаляется, и скважина заполняется бетонной смесью с одновременным изъятием обсадной трубы 9, а буронабивная свая с уширением обеспечивает повышение прочности сваи, эксплуатационной надёжности и экономической эффективности применения сваи в зоне слабых грунтов.

Таким образом, буронабивная свая с уширением, содержащая арматурный каркас из продольных арматурных стержней, жестко соединенных между собой хомутами, обсадную трубу, установленную до уровня начала зоны слабых грунтов, опорную пластину, установленную на дно скважины выпуклой поверхностью вверх, дополнительные продольные стержни арматурного каркаса, равномерно распределенные на нижнем хомуте по его периметру равные глубине зоны слабых грунтов, число которых превышает количество продольных стержней арматурного каркаса, расположенных над нижним хомутом на расчётную величину, обеспечивающую заданную прочность сваи в уширении зоны слабых грунтов, и установленную на арматурном каркасе съёмную пластину, обеспечивает повышение прочности сваи и эксплуатационной надёжности в зоне слабых грунтов.

Изобретение относится к области строительства, и предназначено для устройства фундаментов, и может быть использовано в промышленном и гражданском строительстве, как при возведении новых зданий и сооружений, так и при усилении существующих фундаментов в слабых грунтах. Буронабивная свая с уширением содержит арматурный каркас из продольных арматурных стержней, жестко соединенных между собой хомутами. Свая снабжена обсадной трубой, установленной до уровня начала зоны слабых грунтов, опорной пластиной, установленной на дно скважины выпуклой поверхностью вверх. На нижнем хомуте дополнительно по его периметру равномерно распределены равные глубине зоны слабых грунтов продольные стержни арматурного каркаса, число которых превышает количество продольных стержней арматурного каркаса, расположенных над нижним хомутом на расчётную величину, обеспечивающую заданную прочность сваи в уширении зоны слабых грунтов. На арматурном каркасе установлена съёмная пластина. Технический результат состоит в повышении прочности сваи и эксплуатационной надёжности в зоне слабых грунтов. 5 ил.

Буронабивная свая с уширением, содержащая арматурный каркас из продольных арматурных стержней, жестко соединенных между собой хомутами, отличающаяся тем, что свая снабжена обсадной трубой, установленной до уровня начала зоны слабых грунтов, опорной пластиной, установленной на дно скважины выпуклой поверхностью вверх, на нижнем хомуте дополнительно по его периметру равномерно распределены равные глубине зоны слабых грунтов продольные стержни арматурного каркаса, число которых превышает количество продольных стержней арматурного каркаса, расположенных над нижним хомутом на расчётную величину, обеспечивающую заданную прочность сваи в уширении зоны слабых грунтов, а на арматурном каркасе установлена съёмная пластина.