EA024019B1 - Способ изготовления буронабивной сваи - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области строительства - фундаментостроению и используется для устройства свай и подпорных стен из свай увеличенного диаметра в условиях строительной площадки (набивной и буронабивной) по разрядно-импульсной технологии с целью формирования уплотнения окружающего грунта и создания уширения пяты и утолщений ствола как при новом строительстве, так и реконструкции зданий и сооружений. Сущность изобретения: способ изготовления буронабивной сваи включает образование скважины с использованием обсадной трубы, заполнение обсадной трубы твердеющим электропроводным материалом и образование ствола с уширениями посредством создания на требуемых горизонтах высоковольтных импульсных электрических разрядов по меньшей мере тремя рабочими излучателями, расположенными по периметру обсадной трубы, по мере извлечения обсадной трубы, с доливкой твердеющего электропроводного материала в обсадную трубу. Технический результат заключается в создании сваи с уширениями ствола требуемого диаметра, упрощении процесса производства сваи по разрядно-импульсной технологии и повышении эффективности обработки ствола сваи.

Description

Изобретение относится к области строительства - фундаментостроению и используется для устройства свай и подпорных стен из свай увеличенного диаметра в условиях строительной площадки (набивной и буронабивной) по разрядно-импульсной технологии с целью формирования уплотнения окружающего грунта и созданию уширения пяты и утолщений ствола, как при новом строительстве, так и реконструкции зданий и сооружений.

Известен способ изготовления набивной сваи [1], заключающийся в том, что опускают инструмент в виде обсадной трубы диаметром 230 мм в заранее пробуренную скважину диаметром 500 мм, скважину заполняют бетонной смесью через обсадную трубу, после чего осуществляют обработку смеси электроимпульсными разрядами. Обсадную трубу используют в качестве электродного элемента, внутри которой по центру жестко фиксирована защитная трубка для пропуска кабеля с электродом. Вторым электродом служит стальное кольцо, закрепленное на обсадной трубе дугами.

Недостатком этого способа является необоснованное увеличение диаметра начальной скважины до 500 мм и наличие дуг электрода, частично перекрывающих электроразрядный промежуток и гасящих электроимпульсный разряд. Это не приводит к формированию значительных утолщений ствола сваи и значительному уплотнению окружающего грунта, а диаметр обсадной трубы невозможно увеличить, так как это приведет к увеличению разрядного промежутка одноэлементного электрода и невозможности осуществления электрогидравлического эффекта.

Известен способ изготовления набивной сваи в грунте[2], включающий образование скважины диаметром, равным 1,0-1,15 диаметра излучателя, и глубиной, меньше длины ствола сваи на величину уплотнения забоя.

Скважину заполняют рабочей жидкостью, в которую погружают излучатель, закрепленный на трубчатой штанге с прикрепленным к нему с возможностью отсоединения арматурным каркасом. Далее производят уплотнение грунта забоя скважины разрядами в рабочей жидкости, с подачей в скважину твердеющего материала, а при извлечении излучателя разряды производят по длине ствола, уплотняя твердеющий материал и зону контакта свая-грунт.

Известен способ изготовления набивной сваи [3], включающий бурение скважины и последующее извлечение бурового снаряда с оставлением в нижней части скважины слоя шлама, после этого в скважину устанавливают с образованием затрубного пространства обсадную трубу с закрытым теряемой заглушкой торцом и инвентарный электрический разрядником, затем осуществляют допогружение до забоя скважины обсадной трубы с вытеснением слоя шлама в нижнюю часть затрубного пространства. После этого полость обсадной трубы заполняют твердеющим электропроводным материалом и начинают перемещение обсадной трубы вверх с отделением заглушки и одновременной подачей твердеющего материала в скважину. Вытеснение материала в затрубное пространство осуществляют с возбуждения в каждой зоне высоковольтных электрических разрядов, причем перемещение разрядника вверх осуществляют совместно с подъемом обсадной трубы или независимо от нее. При этом в скважину могут устанавливать обсадную трубу с расположенным в ее полости арматурным каркасом, а перемещения по высоте скважины обсадной трубы и разрядника осуществляют с обеспечением неподвижного положения арматурного каркаса в скважине.

Наличие множества дублируемых операций и арматурного каркаса в скважине вокруг разрядника снижает эффективность разрядно-импульсной обработки.

Известен комбинированный способ изготовления набивной сваи [4], включающий образование скважины, установку инвентарной обсадной с закрытым нижним концом с расположенным в ней инвентарным электродом, подачу в скважину бетонной смеси и возбуждение в ней высоковольтных электрических разрядов при извлечении обсадной трубы и образование ствола. Обсадную трубу в этом способе герметично закрывают сверху и оборудуют в верхней части обратными клапанами для подачи бетонной смеси, сжатого воздуха и воды, а также каналами для пропуска бетонной смеси с самораскрывающимися клапанами. Электрический разрядник жестко скреплен с обсадной трубой так, что он выступает относительно ее нижней части и образует совместно с самораскрывающимися клапанами закрытый при вдавливании обсадной трубы нижний ее конец. Погружение нижнего конца инвентарной обсадной трубы в грунт опорного слоя осуществляется совместным действием усилия вдавливания и энергией высоковольтных электрических разрядов. Извлечение обсадной трубы из грунта и образование ствола сваи осуществляют одновременно с применением статической выдергивающей нагрузки, подачей сжатого воздуха и возбуждением в бетонной смеси электрических разрядов.

Наличие дополнительных элементов в виде клапанов значительно усложняет конструкцию и устройство сваи. Раскрывающиеся клапаны частично перекрывают центрально расположенный одиночный инвентарный электрод в радиальном направлении и частично гасят электроимпульсный разряд в боковом направлении. Использование инвентарного электрода в качестве наконечника при погружении обсадной трубы может привести к его повреждению при наличии в грунте твердых включений.

Известен также способ возведения набивной конструкции [5], заключающийся в образовании скважины, подаче в скважину твердеющего электропроводного материала, установке в нее арматурного каркаса (при необходимости) и инвентарного электрического излучателя, соединенного с источником импульсных электрических разрядов, возбуждении высоковольтных электрических разрядов с помощью

- 1 024019 излучателя с последующим извлечением его из скважины. При этом хотя бы один высоковольтный разряд производят с одновременной подачей в межэлектродное пространство излучателя недетонирующей водонаполненной экзотермической смеси, что увеличивает давление фронта волны и дополнительно расширяет скважину с уплотнением грунта ее стенок и заполняющего скважину твердеющего материала.

Эффективность рассмотренных способов согласно [2-5] сильно снижается при передаче от зданий и сооружений больших нагрузок, что требует увеличения количества свай с увеличением трудоемкости устройства или увеличения их диаметра, что невозможно из-за следующих основных недостатков:

ручное центральное размещение одиночного излучателя в скважине или неконтролируемое (произвольное) его размещение, что эффективно при малых диаметрах свай (до 300 мм) и приводит к формированию утолщений свай произвольной формы, трудно учитываемой в расчете;

большая часть энергии таких разрядов при расположении одиночных разрядников в центральной части сваи увеличенного диаметра (свыше 250 мм) затрачивается на взаимный сдвиг частиц твердеющего электропроводного материала, его уплотнение и разогрев, поэтому фронт ударной волны от электрогидравлического эффекта создает незначительное давление на стенки скважины, что приводит к минимальной их деформации;

наличие в скважине арматурного каркаса и других конструктивных элементов вокруг излучателя снижает эффективность разрядно-импульсной обработки, гасящих электроимпульсный разряд в боковом направлении;

несущая способность сваи получается неконтролируемой из-за произвольной формы уширения, даже при учете величины осадки бетонной смеси для определения размеров уширения.

Известен способ электрогидравлической деформации ствола сваи с помощью электрического разряда [6], создаваемого в электроразрядном промежутке между отражателем и стенкой скважины, который характеризуется тем, что электроразрядный промежуток располагают вблизи стенки ствола сваи в месте планируемой обработки ствола сваи, при этом электрический разряд в электроразрядном промежутке организуют принудительно в нужное время путем управляемой подачи на электроразрядный промежуток напряжения, превышающего напряжение его пробоя, при этом параметры электроразрядного промежутка выбирают из условия превышения давлением на стенку ствола сваи, возникающим при пробое электроразрядного промежутка, давления деформации грунта в месте планируемой обработки ствола сваи.

Недостаток этой технологий заключается в сложности контроля расстояния при размещении электроразрядного промежутка и подборе параметров при изменении типа грунта и расстояния, что приводит к повышению трудоемкости и снижению надежности. Кроме этого наличие отражателя полукруглой формы, охватывающего излучатель, усиливающего действие электроразрядного промежутка на стенки скважины, будет препятствовать свободному поступлению под действием собственного веса электрогидравлического материала в образующуюся после разряда парогазовую полость и преждевременному прекращению электрогидравлического эффекта, так как под действием электроимпульсных разрядов электрогидравлический материал сваи уплотняется и теряет подвижность.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ создания буронабивной сваи [7], включающий образование скважины с использованием обсадной трубы, установку арматурного каркаса, заполнение обсадной трубы твердеющим электропроводным материалом и образование ствола с уширениями посредством производства на равных горизонтах высоковольтных электрических разрядов рабочим разрядником по мере извлечения обсадной трубы.

Однако, несмотря на близость по технической сущности к заявляемому изобретению, эффективность способа сильно снижается при передаче от зданий и сооружений больших нагрузок, что требует увеличения количества свай с увеличением трудоемкости устройства или увеличения их диаметра, что невозможно из-за вышеотмеченных недостатков, присущих существующим разрядно-импульсным технологиям.

Задачей предлагаемого изобретения является изготовление сваи с требуемым диаметром с уширениями ствола, упрощение процесса производства свай по разрядно-импульсной технологии и повышение эффективности обработки ствола сваи.

Поставленная задача решается за счет того, что способ изготовления буронабивной сваи включает образование скважины с использованием обсадной трубы, заполнение обсадной трубы твердеющим электропроводным материалом и образование ствола с уширениями посредством создания на требуемых горизонтах высоковольтных импульсных электрических разрядов по меньшей мере тремя рабочими излучателями, расположенными по периметру обсадной трубы, по мере извлечения обсадной трубы, с доливкой твердеющего электропроводного материала в обсадную трубу.

При этом обсадную трубу могут снабжать теряемым наконечником.

Кроме этого, в обсадную трубу могут устанавливать арматурный каркас.

Помимо этого, рабочий излучатель могут оснащать усилителем направленного взрыва.

Кроме этого, рабочие излучатели могут соединять с самоходной электрогидроимпульсной установкой посредством коаксиального кабеля, а излучатели и кабель при этом могут размещать в стальной трубе, которую жестко соединяют с обсадной трубой изнутри или снаружи.

- 2 024019

Обработку ствола скважины могут осуществлять высоковольтными импульсными электрическими разрядами на одном горизонтальном уровне поочередно в программируемой последовательности.

Сущность изобретения поясняется чертежами, отражающими способ изготовления сваи. На фиг. 1-3 изображены этапы работ по способу, на фиг. 4-6 изображены продольные разрезы скважины с установленной в ней обсадной трубой, снабженной рабочими излучателями, на фиг. 7-9 -поперечные разрезы обсадной трубы (варианты формы сечения) с различным расположением излучателей относительно обсадной трубы.

Согласно изобретению способ изготовления буронабивной сваи осуществляют следующим образом.

Посредством буровой установки при помощи возмущающего усилия 1 (забуриванием, вдавливанием и др.) погружают обсадную трубу 2 специальной конструкции с теряемым наконечником 3 в грунт. При таком погружении обсадной трубы 2 грунт в объеме трубы вытесняется в стороны и уплотняет окружающий грунт (происходит первичное уплотнение грунта). На обсадной трубе 2 размещены рабочие излучатели первой 4 и второй очереди 5 с усилителями направленного взрыва 6 (при необходимости), соединенные коаксиальными кабелями 7 с самоходной электрогидроимпульсной установкой 8, управляющей электроимпульсным процессом. Излучатели 4, 5 и коаксиальные кабели 7 находятся под защитой стальных труб 9, жестко соединенных со стенкой обсадной трубы 2. По достижении проектной отметки в обсадную трубу 2, при необходимости, опускают арматурный каркас 10, и обсадную трубу 2 заполняют электропроводным твердеющим материалом 11, например водно-цементным материалом. Установка каркаса 10 и заполнение обсадной трубы 2 водно-цементным материалом 11 может осуществляться до ее погружения возмущающим усилием 1. После этого обсадная труба 2 под действием возмущающего усилия 1 отделяется от теряемого наконечника 3 и извлекается до нужного уровня. В процессе извлечения излучатели 4, 5 выдвигаются из защитных стальных труб 9 в рабочее положение, водноцементный электропроводный твердеющий материал 11 занимает освободившееся пространство и обволакивает выдвинувшиеся излучатели 4, 5. По достижении заданного уровня извлечение обсадной трубы 2 приостанавливают и производят обработку водно-цементного электропроводного твердеющего материала 11 высоковольтными импульсными электрическими разрядами направленного действия через излучатели первой 4 и второй очереди 5 по заданной схеме до прекращения осадки водно-цементного материалом 11 в обсадной трубе 2 (наступление отказа). В результате формируется уширение пяты сваи 12 и осуществляется вторичное уплотнение грунта. После прекращения разрядов производят доливку водно-цементного материала 11 в обсадную трубу 2 в объеме, равном уширению пяты сваи 12. После производят повторение процесса формирования уширения на нужных уровнях. Каждый этап формирования включает подъем обсадной трубы 2 на новый уровень под действием возмущающих усилий 1 буровой установки, образование нового утолщения ствола сваи 12 посредством обработки высоковольтными импульсными электрическими разрядами по заданной схеме водно-цементного раствора 11 до отказа с его доливкой в обсадную трубу. После извлечения обсадной трубы 2 в сформированную сваю 14 при необходимости погружают дополнительный армирующий каркас 13.

Достигаемый при использовании изобретения технический результат заключается в том, что максимум энергии высоковольтных импульсных электрических разрядов тратится на работу по уплотнению грунта и созданию утолщений ствола сваи на нужном уровне, а работы по устройству сваи выполняют с совмещением нескольких операций в один процесс. Использование излучателей на внешнем контуре скважины значительно повышает эффективность технологии, позволяя существенно повысить начальный диметр ствола сваи. Для повышения эффективности технологии в плотных грунтах возможно снабжение излучателей усилителями направленного взрыва. Требуемый профиль ствола сваи обеспечивают за счет установки по периметру обсадной трубы расчетного количества излучателей. Очередность использования излучателей для создания высоковольтных импульсных электрических разрядов в водноцементном материале обеспечивает подачу новой его порции к незадействованным в данный момент излучателям, что исключает образование свободной полости вокруг излучателей после электровзрывов при чрезмерном уплотнении водно-цементного материала и потери им подвижности.

Источники информации

1. Сборник трудов ЛИСИ №112 Механика грунтов, основания и фундаменты - Ленинград, 1976 с. 33-38.

2. КИ 2087617, МПК Ε02Ό 5/34, опубл. 20.08.1997 г.

3. КИ 2100525, МПК Ε02Ό 5/34, Ε02Ό5/44, опубл. 27.12.1997 г.

4. КИ 2244066, МПК Ε02Ό 7/26, Ε02Ό5/34, опубл. 10.01.2005 г.

5. КИ 2221918, МПК Ε02Ό 5/34, Ε02Ό5/44, опубл. 20.01.2004 г.

6. КИ 2470115, МПК Ε02Ό 5/42, опубл.20.12.2012 г.

7. КИ 2117726, МПК Ε02Ό 5/34, опубл. 20.08.1998 г.

Claims (7)

1. Способ изготовления буронабивной сваи, включающий образование скважины с использованием обсадной трубы, заполнение обсадной трубы твердеющим электропроводным материалом и образование ствола с уширениями посредством создания на требуемых горизонтах высоковольтных импульсных электрических разрядов по меньшей мере одним рабочим излучателем по мере извлечения обсадной трубы, с доливкой твердеющего электропроводного материала в обсадную трубу, отличающийся тем, что уширения в стволе скважины создают по меньшей мере тремя рабочими излучателями, расположенными по периметру обсадной трубы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обсадную трубу снабжают теряемым наконечником.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в обсадную трубу устанавливают арматурный каркас.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что рабочий излучатель оснащают усилителем направленного взрыва.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что рабочие излучатели соединяют с самоходной электрогидроимпульсной установкой посредством коаксиального кабеля.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что рабочий излучатель и кабель размещают в стальной трубе, которую жестко соединяют с обсадной трубой изнутри или снаружи.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку ствола скважины высоковольтными импульсными электрическими разрядами на одном горизонтальном уровне осуществляют поочередно в программируемой последовательности.