Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania betonowego elementu fundamentowego w ziemi i urzadzenie do wytwarzania elementu betonowego w ziemi.W robotach wykonawczych w przemysle budowlanym istnieje ogólne dazenie do zwiekszenia stopnia ich mechanizacji i prefabrykacji. Zmienia to charakter robót na montazowy i redukuje do minimum naklady na zywa prace. Ze wzgledów budowlanych dazenie takie daje niewatpliwy efekt,' natomiast postep w robotach fundamentowych jest stosunkowo niewielki. Jedna z przyczyn jest to, ze do umieszczenia w-ziemi moga byc stosowane tylko elementy prefabrykowane o niewielkich wymiarach. Biorac pod uwage mechanizacje, w wiekszosci przypadków moga byc one zastosowane tylko przy uzyciu drogich, specjalnych maszyn lub ciagów maszynowych, dostosowanych do dowolnych odstepów lub warunków geologicznych.W wiekszosci prowadzonych obecnie na miejscu robót, przy plytkich i glebokich fundamentach procesy technologiczne musza byc podzielone na nastepujace, ogólnie oddzielne fazy: usuniecie gruntu (winnym przypadku odwodnienie), umacnianie wykopu szalowaniem, usztywnieniem krzyzulcowym, z zastosowaniem rur okladzinowych, rur ochronnych i betonowanie, w sposób tradycyjny lub pod woda.W sposobach zawartych w opisanym powyzej procesie, usuwanie gruntu i umacnianie prowadzone sa równoczesnie (równolegle ze soba), w pewnych przypadkach oddzielne fazy moga byc miedzy soba zamieniane, ale we wszystkich przypadkach betonowanie nastepuje po usunieciu gruntu i umocnieniu.Celem wynalazku jest opracowanie sposobu i urzadzenia do wytwarzania betonowego elementu fundamentowego w ziemi, przy zastosowaniu których przy umacnianiu otworu nie sa wymagane specjalne wyposazenie i materialy, na przyklad usztywnienia krzyzulcowe, a przy przygotowywaniu elementu wczesniejsze2 132041 odwadnianie. Zminimalizowany jest tez udzial pracy zywej, a konstrukcja fundamentowa jest wytwarzana szybko i ekonomicznie oraz ma dobra jakosc.Wynalazek opiera sie na nastepujacym znanym zjawisku. Kiedy na miejscu wytwarzanego elementu fundamentowego ziemia zostaje spulchniona i nie wykopana, masa spulchnionej ziemi tak dlugo podpiera nienaruszony grunt, az nie zostanie ona usunieta.Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze surowy beton stanowiacy material elementu fundamentowego wtlacza sie w spulchniona mase ziemi pod cisnieniem przewyzszajacym cisnienie atmosferyczne. Wtlaczanie betonu nastepuje oczywiscie od dolu i powstajacy betonowy monolit, wypiera luzny grunt z powstalej przestrzeni i/lub usuwa ja. Jednoczesnie zostaje wytworzony fundament w efekcie wypelnienia przestrzeni po wypartej betonem ziemi.Urzadzenie wedlug wynalazku posiada narzedzie wiertnicze i pompe betonu. Narzedzie wiertnicze utworzone jest przez tarcze srubowa, do której osi moze byc dolaczony zespól obrotowy i pompa betonu. Jest on zbudowany jako rura do dostarczania surowego betonu.Zalety wynikajace z zastosowania wynalazku sa nastepujace. Wytworzony element fundamentowy bedzie mial wyzsza jakosc, poniewaz jego dolna powierzchnia opiera sie na niespulchnionym gruncie (naturalnym).Kontaktu miedzy powierzchnia betonu i ziemia nie zaklóca obcy material (np. pluczka). Grunt nie osypuje sie z bocznych scian, moze byc wiec zmniejszone zanieczyszczenie betonu. Sciany boczne sa nienaruszone.Ze wzgledu na to, ze wtlaczanie betonu musi odbywac sie przy cisnieniu przekraczajacym cisnienie atmosferyczne beton jest zageszczany bez uzycia specjalnych procesów i akcesoriów (wibrowanie, ubijanie) i osiaga duza wytrzymalosc, przy oszczednosci cementu.Z drugiej strony dostarczany pod cisnieniem beton dociska niezwiazana mase ziemi zarówno na dnie jak i na scianie. W ten sposób element fundamentowy wykonany przy zastosowaniu rozwiazania wedlug wynalazku w porównaniu z fundamentami tradycyjnymi wykazuje wieksza wytrzymalosc, co prowadzi do oszczednosci materialów i energii. Niekorzystny wplyw czynników subiektywnych (ludzkich) i niedotrzymanie rezimów technologicznych moga nie byc brane pod uwage, poniewaz rozwiazano mechanizacje wszystkich procesów, a naklad zywej pracy jest ograniczony do minimum. Niepotrzebne beda maszyny specjalne, sluzace do fundamentowania. Narzedzia beda montowane na zwyklych maszynach stosowanych w przemysle budowlanym, wzglednie beda mogly byc zastosowane ogólnie uzywane w tym przemysle maszyny (pompy betonu, mieszarki itp.) bez ewentualnych zmian.Ze wzgledu na to, jest mozliwa duza mechanizacja i odpadaja roboty umocnieniowe i odwadniajace, czas wykonania fundamentu skraca sie, ajednoczesnie zwieksza sie wydajnosc i skutecznosc prac. W wyniku tych czynników mozna osiagnac znaczna obnizke kosztów. Rozwiazanie wedlug wynalazku uniemozliwia przenoszenie na konstrukcje scian dzialania sil wywolanych przesunieciem fundamentu przy budowaniu scian o odpowiedniej konstrukcji, niezbednej ze wzgledu na osadzanie lub przesuniecie w kierunku poziomym (budynki plytowe, hale o duzej rozpietosci, konstrukcje z dachami wiszacymi). Ze wzgledu na to, ze srednica i dlugosc (glebokosc) elementu fundamentowego moze byc lekko zmieniana — os i/lub tarcza srubowa sa wymienne — mozna wielkosc obciazen przenoszonych przez konstrukcje scian, czesto rózniacych sie od siebie znacznie wielkoscia, dokladnie przejac przez fundamentowanie. Przez to mozna spelnic wymagania zwiazane z oszczednoscia materialu i energii.Dalsza zaleta sposobu polega na tym, ze uzyskiwana wartosc oporu dna i tarcia scian jak tez — przy jednakowym skladzie betonu - wytrzymalosc jest wieksza od wartosci uzyskiwanej przy wykonywaniu tradycyjnymi metodami betonowych kolumn wzglednie scian szczelinowych. Takwiec przy tym samym koszcie materialu, robocizny i czasu mozna wykonac fundament o zwiekszonej obciazalnosci. Oprócz tego sposób Zgodny z wynalazkiem upraszcza organizacje pracy na miejscu budowy. Jednoczesnie odpadaja problemy zwiazane z zanieczyszczaniem otoczenia przy fundamentowaniu szczelinowym, przy czym moga byc zaoszczedzone wazne zasadnicze materialy, jak na przyklad drewno, stal, bale wpustowe, rury okladzinowe itp.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urzadzenie do wytwarzania elementu betonowego w ziemi zestaw w widoku z boku, bezposrednio 'przed prefabrykacja elementu fundamentowego, fig. 2 — fazy technologii spulchniania ziemi, fig. 3 - proces betonowania i usuwania ziemi.Urzadzenie 1, które stanowi korzystnie hydrauliczny zuraw na gasienicach ma zamocowany na wysiegniku zespól obrotowy 3, osadzony na osi 4. Na dolnym koncu osi 4 jest zamocowana tarcza srubowa 5. Os 4 jest wykonana z rury, z której wjej górnym obszarze, pod zespolem obrotowym 3, wystaje króciec rurowy 6. Dolny koniec rury tworzacej os 4 jest otwarty, przy czym otwór wyjsciowy znajduje sie w dolnej plaszczyznie tarczy srubowej 5. Poziom roboczy (poziom gruntu) oznaczony jest litera t. Pompa 7 jest zaopatrywana w beton132041 3 z samochodu dostawczego 8. Rura cisnieniowa 9 moze byc podlaczana w znany sposób do krócca rurowego 6 osi 4. Pod dzialaniem maszyny hydraulicznej jak to jest widoczne na fig. 1, mozna na os 4 wywierac takze nacisk w kierunku pionowym, to jest moze ona byc opuszczana pionowo do dolu. Na fig. 2 i 3 opisane maszyny i urzadzenia oznaczone sa numerami pozycyjnymi takimi jak na fig. 1. Fig. 2 pokazuje pozycje, w której os 4 i tarcza srubowa 5 jest wkrecana w grunt. Ziemia jest spulchniana w przestrzeni 12 przewidzianej na wykonanie elementu fundamentowego w podlozu 10, az do plaszczyzny fundamentowania SI, przez co uzyskuje sie spulchniony grunt 11 w przestrzeni 12. Ziemia jest spulchniana za pomoca tarczy srubowej 5, przy czym nie jest usuwana na powierzchnie gruntu. Po spulchnieniu ziemi przez tarcze srubowa 5, w przestrzeni o szerokosci d i wysokosci m (faktycznie o wiekszej dlugosci, do poziomu gruntu t), kiedy tarcza srubowa 5 znalazla sie w jej dolnym polozeniu (fig. 2), zatrzymywane jest urzadzenie obrotowe 3 ido krócca 6 osi 4 o ksztalcie rury podlaczany jest waz (rura tloczna) pompy betonu. Odtad os 4 dziala jako rura betonujaca. Pompa jest uruchamiana, surowy beton dostarczany z samochodu dostawczego 8 plynie przez króciec rurowy 6 i rure betonujaca utworzona przez os 4 i wyplywa przez otwór znajdujacy sie w dolnej czesci tarczy srubowej 5. (fig. 3). Otwór ten na poczatku wtlaczania betonu lezy na dnie przestrzeni 12, bezposrednio nad niespulchnionym, naturalnym gruntem. Beton pod cisnieniem odpowiadajacym dowolnym warunkom, przekraczajacym cisnienie atmosferyczne podnosi tarcze srubowa 5 w kierunku pionowym do góry. Przesuwa ona przed soba spulchniona ziemie do góry, podczas kiedy beton 13 calkowicie wypelnia przestrzen i pod dzialaniem cisnienia zageszcza sie. W ten sposób beton dochodzi do powierzchni granicznej miedzy spulchniona ziemia i naturalnym gruntem, przy czym dwa rodzaje gruntu sa oddzielone od siebie przez tarcze srubowa 5, tak ze beton i luzna ziemia w zaden sposób nie moga sie ze soba zmieszac.Od rozpoczecia betonowania, w jednym cyklu okreslonym iloscia betonu, os tworzaca rure betonujaca podnosi sie stopniowD do góry. Jezeli srednica d i/lub wysokosc m maja miec duze wartosci lub jest niekorzystna charakterystyka fizyczna gruntu, moze byc dokonane usuniecie spulchnionej ziemi z przestrzeni 12 przez wyciagniecie osi 4. Kiedy osiagniety zostanie planowany górny koniec S fundamentu pompa 7 betonu jest zatrzymywana i element fundamentowy jest gotowy. Stan ten jest*uwidoczniony na fig. 3. Widac tu tez, ze wieksza czesc usunietej z przestrzeni 12 przez beton 13 ziemi, lezy na poziomie gruntu t. Warstwa ziemi pozostajaca w przestrzeni 12 nad gotowym fundamentem moze byc usunieta albo przez wyciagniecie tarczy srubowej 5, albo przy pomocy jakichkolwiek znanych maszyn, na przyklad chwytaka.Po oczyszczeniu górnego konca elementu fundamentowego moze zostac rozpoczety montaz konstrukcji.Widac, ze zarówno podczas operacji wkrecania wzglednie spulchniania, jak tez podczas calego cyklu betonowania, boczna sciana przestrzeni 12 jest podpierana spulchniona ziemia i dodatkowe podparcie nie jest potrzebne. Glebokosc i srednica fundamentów prefabrykowanych sposobem wedlug wynalazku sa okreslone przez moc zespolu obrotowego 3, pompy 7 betonu, oraz przez charakterystyke fizyczna podloza 10.W opisany sposób mozna wykonywac oddzielne fundamenty o zarysie kolowym, praktycznie o dowolnej srednicy d (szerokosci) i wysokosci m dla kazdego typu budowy, czy to fundamentu plytkiego czy glebokiego.W zaleznosci od warunków geotechnicznych, konstrukcji scian i obciazenia niesionego przez fundament, moga byc zmieniane szerokosc i glebokosc elementu fundamentowego w dalszych granicach. Sposób moze byc praktycznie zastosowany w kazdym gruncie, po usunieciu skaly lub skalistego podloza (piaskowiec, lupek ilasty, torf, margiel).Na mozliwosci wykonawcze sposobu nie maja wplywu ani polozenie, ani agresywnosc wody gruntowej.Jednoczesnie zastosowanie sposobu jest polaczone ze szczególnymi korzysciami, kiedy poziom wody gruntowej jest za wysoki i grunt ponizej tego poziomu jest plynny lub plastyczny badz wykazuje wysoki udzial pustych przestrzeni lub duza zawartosc substancji organicznych. Przez dowolny dobór stosunku dlugosc/srednica uzyskuje sie fundament jako sztywna bryle, w której pod wplywem jednoczesnego dzialania kompleksowego obciazenia nie wystepuja obciazenia zginajace. Nie jest wiec konieczne zbrojenie, aby fundament nie wykazywal odchylenia katowego.Ze wzgledu na to, ze beton jest polaczony — co wynika ze sposobu scisle i w niezawodny sposób zarówno z poziomymi, jak i pionowymi scianami w niespulchnionej ziemi, mozna przy odpowiednim wymiarowaniu wytwarzac elementy fundamentowe przesuniete w pionie i poziomie tylko o niewielkie wymiary. W cyklu stosowania sposobu nie wystepuja ani dzialania dynamiczne, ani spulchnianie gruntu — pomijajac spulchnianie przeprowadzane tarcza srubowa. Technologia ta jest wiec najodpowiedniejsza przy pracach rekonstrukcyjnych, wznoszeniu nowych budowli obokjuz istniejacych, czy przy ich przedluzaniu.4 132041 Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania betonowego elementu fundamentowego w ziemi, znamienny tym, ze na miejscu wznoszonego elementu fundamentowego ziemia jest spulchniana i pod tak spulchniona mase ziemi wtlacza sie beton, przy czym spulchniona ziemie z przestrzeni wypiera sie i/lub usuwa sie w inny sposób i jednoczesnie ksztaltuje sie element fundamentowy przez wypelnienie przestrzeni betonem. 2. Urzadzenie do wytwarzania betonowego elementu fundamentowego w ziemi, z narzedziem wiertniczym i pompa betonu, znamienne tym, ze narzedzie wiertnicze stanowi tarcza srubowa (5), której os (4) jest polaczona z zespolem obrotowym (3) i pompa (7) betonu, i która jest dalej uksztaltowana jako rura dostarczajaca surowy beton. 3. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze przylacze zespolu obrotowego (3) jest uksztaltowane w obszarze górnego konca osi (4) w postaci rury, ponizej którego jest umieszczony króciec rurowy (6), laczony z wezem (9) pompy betonu (7).Fig.1132 041 /T /// //pu ? n /jy u„ /) ///}'////// ////// Sr m ^ I ^Hl n *.$, 11 5 ^ 10 Fig.Z ni n/1/})})/}))H Si P7777VTV7777777T77777777777" 70 ^V 1 Fig.5 PL PL PL