Способ возведения буроинъекционной сваи Советский патент 1988 года по МПК E02D5/46 

Изобретение относится к строительству, а именно к технологическому процессу возведения буроинъекци- онных свай в песчаных и глинистых грунтах, в поры которых не проникает цементный раствор, а происходит отжатие воды из раствора.

Цель изобретения - повьшение несущей способности возводимой сваи.

Способ включает образование сква- жины заполнение ее цементным раствором с армированием, герметизацию устья и опрессовку путем дополнительной подачи раствора в скважину при ступенчатом повышении давления с выдержкой на каждой ступени, причем приращение давления /j Р на каждой ступени принимают меньшим критического давления Р гидроразрыва грунта.,

V

l-v

уН-fC,

(1)

Дифференциальное уравнение фильтрационной консолидации цементного раствора в скважине имеет вид

Р t

с,( г

. 7 +

г

а Р

а г

(3)

где г - радиальная координата

(О TO - радиус скважины; Р - давление в поровой воде, С - коэффициент консолидации

раствора (золя). Для раствора из портландцемента величина С может быть принята равной С,, 0,.

Граничные и начальные условия фильтционной консолидации следующие

Р, О при г Го i PVV РО при t О.

(4)

Изобретение относится к строительству, а именно к технологическому процессу возведения буроинъекци- онных свой в песчаных и глинистых грунтах, в поры которых не проникает цементный раствор, а происходит отжатие воды из раствора. Целью изобретения является повьшение несущей способности возводимой сваи. Способ включает образование скважины, заполнение ее цементным раствором с армированием, герметизацию устья и опрессовку путем дополнительной подачи раствора при ступенчатом повьшении давления с выдержкой на каждой ступени, причем приращение давления 4Р на каждой ступени принимают меньшим критического давления Р, гидроразрыва грунта, а время вьщержки jt давления на каждой ступени принимают при коэффициенте фильтрации грунта Кф - 10 м/с равным zit 0,89 (г. ), где Го - радиус скважины -, С ., 0, /с - коэффициент консолидации цементного раствора, а при Кф 10 м/с - равным t У„. l(R:r,)(.P-K.l), где R - радиус влияния скважины объем отжимаемой воды; 1 - длина скважины f удельньш вес воды, причем полное давление опрессовки принимают равным предельному давлению при равномерном загружении стенок скважиныо 3 табЛо СО vj 4j СО САЭ

25

где -у - удельный вес грунта-,

Н - глубина скважины;

V - коэффициент Пуассона грунта;

С - сцепление грунта. Величину Р можно установить также с помощью графика прессиометричес- 30 кого испытания по полученной зависимости

Pkp РП +(РП.П -РП), (2)

где Р - предел пропорциональности прессиометрической кривой

о(

)

V

Р горизонтальная составляющая природного давления

Учитывая значения величина ступени давления может быть равной: 0,1-0,15 МПа - пески рыхлого сложения и глинистые грунты пластичной консистенции; 0,3-0,4 МПа - пески плотного сложения и глинистые грунты полутвердой и твердой консистенции.

Время выдержки на каждой ступени ut устанавливается из условий завершения фильтрационной консолидации раствора давлением ступениf инфильтрации (просачивания) отжимаемой воды в поры грунта

Методами математической физики решают уравнение (3) при условиях (4)

„ ).S/J--r)

p(r.i)ip,Z --i;( 45)

где Sp, S - функция Бесселя нулевого и первогр порядка - корни уравнения

SO(M,.) 0.

Ограничиваясь первым членом ряда (5) и принимая Р (,t)0,01 Р, условием завершения консолидации получают

„2

Л1 0,89

г Cj

(6)

где и t - продолжительность фильтрационной консолидации цементного раствора на ступени опрессовки.

По формуле (6) время фильтрационной консолидации цементного раствора в скважинах диаметром 0,15, 0,2 и 0,25 м соответственно составляет 1,7,3 и 4,3 мин.

Время инфильтрации отжимаемой воды в грунт может быть определено по видоизмененной формуле Дюпюи

V

R

W

.

W

(7)

где Кф - коэффициент фильтрации грунтового основания ; R - радиус влияния скважины; V - объем отжимаемой воды. Значения величины V, определяются по формуле

Шц

V ив/Ц)„«,-(В/ци,1, (8)

где р,

PW и f

I W

m,

плотность и удельный вес воды;

. - масса цемента. Радиус влияния скважины R с учетом нестационарного характера фильтрации принимается равным

м/с м

-t

10 2,8

,-7

10 2,2

10-« 1Л

10 1

В песчаных грунтах (К ф-710 м/с) время опрессовки определяется фильтрационной консолидацией цементного раствора, а в глинистых (Кф 10 м/с) инфильтрацией (просачиванием) отжимаемой воды в грунт.

Полное давление опрессовки ,

где п - число ступеней, принимается равным предельному при равномерном загружении стенок скважины. Значение Р„ред определяется как

наибольшее давление прессиометрического испытания или расчетом

Рпрел (РП.П +C,Ctg() (|-f C-Ctg

Ч+2В

где В

(т)(р;.„ р;т

РП.П PnCH-sin4 )- -C-cos4i-, 2 -sinу

(/

l+sinU

При глубине до 10 м значения могут быть установлены по табл. 1.

При опрессовке согласно предлагаемому способу давление возрастает по мере отжатия воды из цементного раствора и не вызывает действия максимальных нейтральных разрывающих грунт напряжений. Опрессовка начина

0

5

0

5

0

5

0

ется с небольшого давления в жидком растворе, при котором образование гидроразрывов не происходит. На последующих ступенях, по мере отжатия воды, цементный раствор превращается в золь, обладающий пластическим и . вязким сопротивлением течению Табл. 2. При передаче давления на такой уплотненный цементный золь последний обжимает стенки скважины, увеличивая. ее диаметр.

В табл. 2 приведены механические свойства цементного золя.

Таким образом, при ступенчатом режиме удается отжать воду из цементного раствора и достигнуть мак- симального обжатия околоскважинного грунта..Это обеспечивает, с одной стороны, плотность и прочность цементного камня, а с другой - высокую несущую способность сваи по грунту.

Для проверки эффективности спосо- ба возведения буроинъекционных свай в глинистых (1( 0,01, е 0,53, Ij, 0,07) и песчаных (е 0,80, S 0,13) грунтах проводятся полевые испытания моделей. Сваи устраивав ются в скважинах 0 35 мм, длиной соответственно 2,0 и 1,2 м. Применяются следующие технологические схемы заполнения скважин раствором: 1 - заливка бе.з опрессовки; 2 - опрессовка в течение 2-3 мин постоянным давлением 0,2-0,3 МПа; 3 - опрессовка с постоянным расходом раствора 0,5- 0,7 л/мин; 4 - ступенчатый режим с параметрами лР 0,25 МПа, Р 0,75 МПа, at 10 мин, t 30 мин в глинистых грунтах; ЛР 0,2 МПа, Р 0,6 МПа, At 2 мин, t 6 мин в песчаных грунтах.

В табл. 3 приведены средние расходы раствора (числитель )и количество свай каждого вида (знаменатель).

Испытания моделей и буроинъекционных свай подтверждают эффективность способа. Несущая способность свай возрастает в 1,5-1,7 раза в- глинистых грунтах и в 1,2-1,3 раза в песчаных. Прочность цементного камня увеличивается в 1,3-1,4 раза.

Формула изобретения

Способ возведения буроинъекцион- ,ной сваи, включающий образование .скважины,, заполнение ее цементным

раствором с армированием, герметизацию устья и Ьпрессовку путем дополнительной подачи раствора в скважину под давлением, отличающий- с я тем, что, с целью повышения несущей способности возводимой сваи, дополнительную подачу раствора производят при ступенчатом повьшении- давления с вьщержкой на каждой ступени, причем приращение давления лр на каждой ступени принимают меньшим критического давления гидроразрыва грунта, а время выдержки At давления на каждой ступени принимают при коэффициенте фильтрации грунта Кф 10 м/с с равным

4t 0,89 i,

20 I

Таблица 1

Рпред при е равном

Виды грунтов- -

0,45J 0,7I 0,9

Супеси и 1, О1,2-1,60,8-1,01,6-0,9

суглинки О IL :f 0,251,9-1,20,6-0,80,4-0,7

0,25 ,750,5-0,80,3-0,60,1-0,4

Пески1,3-1,70,7-1,0

Таблица 2

Водосодер- Сопротивление Вязкость жание В/Ц: сдвигу, 1, Па р,

:(В/Ц)аг.Н.С

,654,60,02

1,521,50,2

1,33540,7

1,161201,5

Примечание: (В/Ц) „р. соответствуетзолю нормальной густоты.

где Го - радиус скважины;

,5 1СГм/с- коэффициент консолидации

цементного раствора, а при Кф 10 м/с - равным

R

ut

V.W Дл. ,

21Г.4Р-Кф 1

где R - радиус влияния скважины;

V, - объем отжимаемой воды-,

1 - длина скважины-, Т удельный вес воды,

причем полное давление опрессовки принимают равным предельному давлению при равномерном загружении стенок скважины.

Глинистые Песчаные

2,6/53,1/35,0/24,7/6

1,8/32,5/2-2,8/3

Таблица 3