PL182656B1

PL182656B1 - Method of in-situ casting concrete piles embedded in soil

Info

Publication number: PL182656B1
Application number: PL96343805A
Authority: PL
Inventors: Antoni Szakoła; Henryk Ejsmont
Original assignee: Hydrobudowa Wloclawek Sa
Priority date: 1996-09-06
Filing date: 1996-09-06
Publication date: 2002-02-28

Abstract

1. The method of forming piles in the ground by means of a shielding pipe which is sunk in the ground and then retracted. Characterized in that: The shielding pipe (1) with the fitted sludge pump (2) is sunk by vibration, until it reaches the designed ordinate of the pile foot. The sludge pipe (2) with the output is pulled out and emptied by vibration. The opening may be additionally cleaned. Then, the shielding pipe (1) is filled with the filling mixture, consolidated by vibration. During the vibration process, the shielding pipe (1) is being retracted and the filling mixture is supplemented to ensure proper consolidation and the formation of the pile foot at the designed ordinate. The process of sinking and retracting the shielding pipe (1) and the sludge pipe (2), of emptying the sludge pipe (2) and of consolidating the filling mixture is realized by means of a vibro-hammer with regulated vibration frequency and amplitude.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób formowania pali w gruncie, przeznaczony zwłaszcza do wzmacniania podbudowy jezdni, nasypów, skarp i wałów w gruntach słabonośnych i nienośnych.The subject of the invention is a method of forming piles in the ground, intended in particular for strengthening the foundation of a road, embankments, slopes and embankments in weak and non-bearing soils.

Znany jest dotychczas sposób formowania pali betonowych w gruncie polegający na wykonaniu otworu w osłonie rury stalowej przy pomocy wiertnicy pionowej. Po oczyszczeniu wykonanego otworu oraz ewentualnym wprowadzeniu do niego zbrojenia, pal formuje się stosując pneumatyczne lub grawitacyjne zagęszczanie mieszanki betonowej z jednoczesnym podciąganiem rury osłonowej za pomocą wyciągarki lub siłownika.A method of forming concrete piles in the ground is known so far, which consists in making a hole in the cover of a steel pipe with a vertical drilling rig. After cleaning the hole made and the possible introduction of reinforcement into it, the pile is formed using pneumatic or gravity compaction of the concrete mix with simultaneous pulling of the casing pipe with a winch or actuator.

Znany jest również z opisu patentowego nr 162 016 sposób zwiększania nośności pala wierconego z wykorzystaniem rury osłonowej zagłębianej wibracyjnie, polegający na tym, że po zagłębieniu jej w podłoże i usunięciu z niej części gruntu, pozostawia się w dolnej części korek gruntowy na wysokość co najmniej 4 m. Rurę osłonową pozostawia się z korkiem wypełnioną wodą na okres co najmniej kilkunastu godzin, a następnie dodatkowo wbija ją wraz z korkiem wibromłotem uruchamianym tylko na kilka minut, aby uniemożliwić rozluźnienie gruntu.There is also known from the patent description No. 162 016 a method of increasing the load-bearing capacity of a drilled pile with the use of a casing pipe penetrated by vibration, consisting in the fact that after sinking it into the ground and removing a part of the soil from it, a soil plug is left in the lower part to a height of at least 4 m. The casing pipe is left with the plug filled with water for a period of at least a dozen or so hours, and then additionally hammered together with the plug with a vibratory hammer activated only for a few minutes to prevent loosening of the soil.

Znane jest także z opisu patentowego nr 162 017 ulepszenie tego rozwiązania, polegające na tym, że po zagłębieniu w podłoże gruntowe rury osłonowej i usunięciu z niej gruntu do projektowanej rzędnej stopy pala, wykonuje się w niej korek betonowy. Po stwardnieniu korka, wbija się go udarowo lub wibracyjnie wraz z rurą w podłoże. Zwiększenie wytrzymałości połączenia korka betonowego z rurą uzyskuje się przez przyspawanie do jej ścianek wewnętrznych prętów zbrojeniowych.It is also known from the patent description No. 162 017 an improvement to this solution, consisting in the fact that after the casing pipe is embedded in the ground substrate and the soil is removed from it to the projected pile foot ordinate, a concrete plug is made in it. After the cork has hardened, it is hammered or vibrated together with the pipe into the substrate. Increasing the strength of the connection of the concrete plug with the pipe is achieved by welding internal reinforcing bars to its walls.

Znane dotychczas sposoby formowania pali w gruncie posiadają szereg niedogodności. Wykonanie otworu pod pal z użyciem rury osłonowej i wiertnicy pionowej jest pracochłonne i kosztowne.The previously known methods of shaping piles in the ground have a number of disadvantages. Making a pile hole using a casing pipe and vertical drilling rig is laborious and costly.

Dla uzyskania właściwego tempa prac konieczne jest użycie jednocześnie dużej ilości sprzętu, co utrudnia organizację robót. Zastosowanie natomiast do podciągania rury osłonowej wyciągarki lub siłownika jest pracochłonne i uciążliwe ze względu na konieczność stosowania do każdej operacji różnych urządzeń. Ponadto pneumatyczne lub grawitacyjne zagęszczanie mieszanki betonowej utrudnia uzyskanie wysokiej jakości betonu.To achieve the right pace of work, it is necessary to use a large amount of equipment at the same time, which makes it difficult to organize the work. On the other hand, the use of a winch or actuator to pull up a casing pipe is time-consuming and burdensome due to the need to use various devices for each operation. In addition, pneumatic or gravity compaction of the concrete mix makes it difficult to obtain high-quality concrete.

182 656182 656

Niedogodnością zwiększania nośności pala wierconego poprzez pozostawienie i utwardzenie w rurze osłonowej korka z gruntu, jest konieczność zastosowania wiertnic pionowych dla usunięcia części słupa gruntu, a także podnośnika do wyciągnięcia z gruntu rury Osłonowej. Ponadto pozostawienie rury z korkiem wypełnionej wodą na kilkanaście godzin oraz zastosowanie dużych gabarytowo urządzeń, uniemożliwiają. stosowanie tej metody do formowania dużej ilości pali, zwłaszcza o dużym zagęszczeniu w trudnych warunkach terenowych.The inconvenience of increasing the load capacity of the drilled pile by leaving the plug from the ground and hardening the casing pipe in the casing pipe, is the need to use vertical drilling rigs to remove part of the soil column, and also a jack to pull the casing pipe out of the ground. Moreover, leaving the pipe with a plug filled with water for several hours and the use of large-size devices make it impossible. using this method to form a large number of piles, especially those of high density in difficult field conditions.

Natomiast stosowanie rury osłonowej z korkiem betonowym jest bardzo kosztowne i uciążliwe z uwagi na pozostawianie w gruncie rury osłonowej jako wzmocnienia i osłony uformowanego pala, a także konieczność użycia wiertnicy pionowej do usunięcia z niej gruntu.On the other hand, the use of a casing pipe with a concrete plug is very costly and burdensome due to the casing pipe remaining in the ground as a reinforcement and cover for the formed pile, and the need to use a vertical drilling rig to remove soil from it.

Celem wynalazku jest wyeliminowanie powyższych niedogodności poprzez opracowanie prostej i ekonomicznej metody formowania pali w gruncie.The object of the invention is to eliminate the above drawbacks by providing a simple and economical method of forming piles in the ground.

Sposób według wynalazku polega na tym, ze wibrując najpierw pogrąża się rurę osłonową wraz z dostosowaną do niej rurą szlamową do projektowanej rzędnej stopy pala, po czym wyciąga rurę szlamową wraz z urobkiem i opróżnia wibracyjnie. Tak wykonany otwór ewentualnie doczyszcza się znanymi metodami, po czym rurę osłonową wypełnia mieszanką wypełniającą i poddaje zagęszczeniu przez wibrację, aż do uzyskania właściwego jej stopnia zagęszczenia. Następnie wibrując podciąga się stopniowo rurę osłonową i uzupełnia mieszanką wypełniającą w ilości zapewniającej uzyskanie projektowanej rzędnej głowicy pala. Operację pogrążania i wyciągania rury osłonowej oraz rury szlamowej, opróżniania rury szlamowej, a także zagęszczania mieszanki wypełniającej prowadzi się przy użyciu wibromłota o regulowanej częstotliwości drgań. Jako wibromłot korzystnie stosuje się wibromłot hydrauliczny zawieszony na żurawiu samojezdnym z wysięgnikiem kratowym.The method according to the invention consists in vibrating first the casing pipe with the sludge pipe adapted to it is plunged to the designed elevation of the pile foot, then the sludge pipe with the excavated material is removed and emptied by vibration. The hole made in this way is optionally cleaned using known methods, then the casing pipe is filled with a filling mixture and subjected to vibration compaction until its proper degree of compaction is obtained. Then, while vibrating, the casing pipe is gradually pulled up and supplemented with the filling mixture in the amount ensuring the designed pile head ordinate. The operation of driving and pulling the casing pipe and the sludge pipe, emptying the sludge pipe and compacting the filling mixture is carried out using a vibro-hammer with an adjustable vibration frequency. The vibratory hammer is preferably a hydraulic hammer suspended on a mobile crane with a lattice boom.

Czas wibrowania, częstotliwość i amplitudę drgań wibromłota, niezbędne dla prawidłowego zagęszczania mieszanki wypełniającej dobiera się eksperymentalnie badając jej stopień zagęszczenia sondą dynamiczną.Vibration time, frequency and vibration amplitude of the vibro-hammer, necessary for proper compaction of the filling mixture, are selected experimentally by examining its compaction degree with a dynamic probe.

W przypadku dużego napływu wody gruntowej do rury osłonowej stosuje się głębsze zapuszczanie rury osłonowej w celu wydłużenia drogi filtracji wody lub betonowanie pod wodą, albo w ostateczności stosuje się odwadnianie.In the case of a high inflow of groundwater into the casing pipe, deeper sinking of the casing pipe is used to extend the water filtration path or concreting under water, or as a last resort, drainage is used.

W trakcie podciągania rury osłonowej i zagęszczania wibracyjnego przy formowaniu pali krótkich do 5 m stosuje się jednokrotne, a przy palach dłuższych kilkakrotne uzupełnianie mieszanki wypełniającej.When pulling up the casing pipe and vibrating compaction, when forming short piles up to 5 m, the filling mixture is refilled once, and for longer piles, the filling mixture is refilled several times.

Jako mieszankę wypełniającą stosuje się pospółkę stabilizowaną odpowiednią ilością cementu, mieszankę betonową, żądanej klasy lub pospółkę, albo mieszankę żwirowo-piaskową.The filling mixture used is a gravel stabilized with an appropriate amount of cement, a concrete mix of the desired class or gravel, or a gravel-sand mix.

Sposób według wynalazku umożliwia znaczne zwiększenie wydajności i zmniejszenie kosztów palowania, a także w porównaniu z metodą wiertniczą, zwiększanie nośności pala. Uzyskuje się to dzięki zastosowaniu wibracji do zagęszczania mieszanki wypełniającej, utwardzania gruntu pobocznicy i podłoża pala oraz wykorzystaniu rury szlamowej do drążenia otworu i usunięcia urobku.The method according to the invention makes it possible to significantly increase the efficiency and reduce the costs of piling, and also, compared to the drilling method, to increase the load capacity of the pile. This is achieved by using vibration to compact the filler mixture, harden the shaft soil and pile base, and use a sludge pipe to drill the hole and remove the spoil.

Duże znaczenie dla zwiększenia nośności pala ma również znaczne skrócenie czasu wykonania otworu w rurze osłonowej i usunięcia z niej gruntu, co umożliwia uformowanie' pala przed ewentualnym napływem wody gruntowej. Ponadto sposób według wynalazku umożliwia bezpieczne wykonanie pali w trudnych warunkach terenowych dzięki formowaniu dużej ilości pali z jednego stanowiska żurawia i ograniczenia do minimum ilości ciężkiego sprzętu.Significant importance for increasing the load capacity of the pile is also a significant reduction in the time needed to drill the hole in the casing pipe and remove the soil from it, which allows the pile to be formed before the possible inflow of groundwater. Moreover, the method according to the invention enables the safe construction of piles in difficult field conditions by forming a large number of piles from one crane position and minimizing the amount of heavy equipment.

Przedmiot wynalazku jest bliżej zilustrowany w przykładzie jego wykonania na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia rurę osłonową i rurę szlamową przygotowane do pogrążania w gruncie, fig. 2 - rurę osłonową i rurę szlamową pogrążoną wibracyjnie w gruncie na projektowaną głębokość pala, fig. 3 - rurę szlamową wraz z urobkiem wysuniętą z rury osłonowej, fig. 4 - opróżnienie wibracyjne rury szlamowej, fig. 5 - napełnioną rurę osłonową mieszanką wypełniającą fig. 6 - zagęszczenie wibracyjne mieszanki wypełniającej, fig. 7 - podciąganie wibracyjne rury osłonowej, fig. 8 - uzupełnienie rury osłonowej mieszanką wypełniającą fig. 9 - dalsze wibracyjne podciąganie rury osłonowej, a fig. 10 - całkowite wyciągnięcie z gruntu rury osłonowej i uformowanie pala.The subject of the invention is more closely illustrated in its embodiment on the drawings, in which Fig. 1 shows a casing pipe and a sludge pipe prepared for driving into the ground, Fig. 2 - a casing pipe and a sludge pipe vibrated into the ground to the designed pile depth, Fig. 3 - sludge pipe with debris protruding from the casing pipe, fig. 4 - vibration emptying of the sludge pipe, fig. 5 - casing pipe filled with a filling mixture, fig. 6 - vibratory compaction of the filling mixture, fig. 7 - vibration pull of the casing pipe, fig. 8 - supplementing the casing pipe with a filling mixture, Fig. 9 - further vibrational pulling of the casing pipe, and Fig. 10 - complete extraction of the casing pipe from the ground and shaping of the pile.

182 656182 656

Przykład. Jak uwidoczniono na fig. 1-10, sposób formowania pali w gruncie prowadzi się w ten sposób, że w pierwszej fazie (fig. 1) rurę osłonową 1 mocuje się w szczękach wibromłota PTC-25H2, ustawia pionowo nad wyznaczonym punktem rozmieszczenia pali na siatce i podtrzymuje ją stelażem. W drugiej fazie rurę szlamową 2 mocuje w szczękach wibromłota PTC-25H2 i wprowadza do rury osłonowej 1, po czym pogrąża wibracyjnie na projektowaną głębokość stopy pala (fig. 2).Example. As shown in Figs. 1-10, the method of shaping piles in the ground is carried out in the first phase (Fig. 1), the casing pipe 1 is fastened in the jaws of the PTC-25H2 vibratory hammer, positioned vertically above the determined point of the pile arrangement on the mesh. and supports it with a rack. In the second phase, the sludge pipe 2 is fixed in the jaws of the PTC-25H2 vibrator hammer and introduced into the casing pipe 1, and then it is vibrated to the projected depth of the pile foot (Fig. 2).

W fazie trzeciej (fig. 3) rurę szlamową 2 wraz z urobkiem wyciąga się bezwibracyjnie z rury osłonowej 1. W kolejnej fazie formowania (fig. 4) rurę szlamową 2 opróżnia się wibracyjnie do podstawionych środków transportu. Po jednorazowym pogrążeniu rury szlamowej 2 może wystąpić konieczność ponownego jej pogrążenia doczyszczającego. W piątej fazie (fig. 5) po dokładnym oczyszczeniu otworu rury osłonowej 1, natychmiast przed ewentualnym napływem wody gruntowej napełnia się ją mieszanką wypełniającą. W fazie szóstej (fig. 6) formowania pali, rurę osłonową 1 podciągając, poddaje się wibracji o częstotliwości i amplitudzie drgań dobranej eksperymentalnie. Poddana wibracji mieszanka wypełniająca podlega zagęszczeniu i rozchodząc się na boki powoduje rozszerzenie się pala. W fazie siódmej (fig. 7) rurę osłonową 1 wibrując powoli podciąga się do góry. Podciąganie rury osłonowej 1 należy przerwać po wyciągnięciu jej na wysokość około 1,5 m i uzupełnić mieszanką wypełniającą (fig. 8) do objętości zapewniającej uzyskanie projektowanej rzędnej głowicy pala. W fazie dziewiątej formowania pala (fig. 9) w dalszym ciągu wibrując kontynuuje się podciąganie rury osłonowej 1 aż do jej całkowitego wyciągnięcia z gruntu. Natomiast w fazie dziesiątej (fig. 10) uwidoczniono uformowany pal po całkowitym usunięciu z gruntu rury osłonowej 1.In the third phase (Fig. 3), the sludge pipe 2 with the debris is pulled out without vibration from the casing pipe 1. In the next forming phase (Fig. 4), the sludge pipe 2 is emptied by vibration to the provided means of transport. After the sludge pipe 2 is driven in once, it may be necessary to drive it further for cleaning. In the fifth phase (FIG. 5), after the casing pipe 1 has been thoroughly cleaned, it is filled with a filling mixture immediately before any inflow of groundwater. In the sixth phase (Fig. 6) of pile formation, the casing pipe 1 is subjected to vibrations with the experimental frequency and amplitude while being pulled up. The vibrated filling mixture becomes compacted and, as it travels to the sides, the pile expands. In the seventh phase (Fig. 7) the casing pipe 1 is slowly pulled upwards by vibrating. Pulling up the casing pipe 1 should be stopped after it has been pulled out to a height of about 1.5 m and supplemented with a filling mixture (Fig. 8) to the volume ensuring the designed pile head ordinate. In the ninth phase of pile formation (Fig. 9), while still vibrating, the casing pipe 1 is pulled up until it is completely pulled out of the ground. On the other hand, in the tenth phase (Fig. 10), the formed pile was shown after the casing pipe 1 was completely removed from the ground.

W przykładowym rozwiązaniu zastosowano rurę osłonową 1 o średnicy zewnętrznej 508 mm i grubości ścianki 12 mm oraz długości 4 m oraz rurę szlamową o średnicy zewnętrznej 457 mm i grubości ścianki 12 mm.In the exemplary solution, a casing pipe 1 with an outer diameter of 508 mm and a wall thickness of 12 mm and a length of 4 m was used, and a slurry pipe with an outer diameter of 457 mm and a wall thickness of 12 mm.

Jako mieszankę wypełniającą zastosowano pospółkę stabilizowaną cementem portlandzkim C35 w ilości 120 kg/nr’.As the filling mixture, gravel stabilized with C35 Portland cement was used in the amount of 120 kg / No. ".

Pale formowano przy użyciu wibromłota typu PTC-25H2 firmy Proced es Techniques de Construction mającego płynną regulację częstotliwości i amplitudy drgań. Maksymalna częstotliwość drgań wibromłota wynosi 1650 drgań/min, przy maksymalnej amplitudzie wynoszącej 24 mm. Wibromłot PTC-25H2 został podwieszony do kratowego wysięgnika samojezdnego żurawia RDK-300. Pale rozmieszczano według siatki trójkątów równobocznych o boku 1,5 m. Wysoka nośność pali formowanych w gruncie sposobem według wynalazku została potwierdzona przeprowadzonymi badaniami na 10-ciu wybranych losowo palach spośród 300 wykonanych. Jak wykazały badania już po 14 dniach od uformowania trwałe osiadanie pala przy obciążeniu 70 kN wyniosło 3-3,6 mm, podczas gdy zakładana jego wartość w projekcie technicznym powinna wynosić 10 mm przy obciążeniu 60 kN.The piles were formed using the PTC-25H2 vibratory hammer by Proced es Techniques de Construction, which had smooth control of the frequency and amplitude of vibrations. The maximum vibration frequency of the vibro-hammer is 1650 vibrations / min, with a maximum amplitude of 24 mm. The PTC-25H2 vibro-hammer was suspended from the lattice boom of the RDK-300 mobile crane. The piles were arranged according to a grid of equilateral triangles with a side of 1.5 m. The high load-bearing capacity of piles formed in the ground by the method according to the invention was confirmed by tests carried out on 10 randomly selected piles from among 300 made. As the tests showed already 14 days after forming, the permanent settling of the pile at a load of 70 kN was 3-3.6 mm, while its value assumed in the technical design should be 10 mm with a load of 60 kN.

Sposób według wynalazku ma szerokie zastosowanie w szczególności do wzmacniania podbudowy dróg, podłoża pod obiekty budowlane, wzmacniania gruntu pod rurociągi, zabezpieczenia skarp, osuwisk i nasypów wraz z ich dogęszczaniem, zarówno dla pali zbrojonych jak i niezbrojonych, korzystnie tam gdzie długość pala nie przekracza 12 m.The method according to the invention is widely used, in particular, to strengthen the foundation of roads, ground for construction works, strengthening of soil for pipelines, protection of slopes, landslides and embankments with their thickening, both for reinforced and unreinforced piles, preferably where the length of the pile does not exceed 12 m.

182 656182 656

FIG.7 FIG.8 FIG.9FIG. 7 FIG. 8 FIG. 9

FIG.6FIG. 6

FIG.10FIG.10

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.Publishing Department of the UP RP. Mintage 60 copies. Price PLN 2.00.

Claims

Patent claims

1. Method of forming piles in the ground with the use of a casing pipe driven and pulled out, characterized in that, by vibrating, the casing pipe (1) is first plunged together with the slurry pipe (2) adapted to it to the designed pile foot elevation, and then sludge ( 2) together with the excavated material, it empties it by vibration, or it cleans the hole formed by it, and then fills the casing pipe (1) with a filling mixture, which is vibrated compacting, and then gradually pulls up the casing pipe by vibrating. (1) and supplements with filling mixture in the amount ensuring its proper compaction and formation of the projected pile head ordinate, including the operation of driving and pulling the casing pipe (1) and the sludge pipe (2), emptying the sludge pipe (2) and compacting the filling mixture is carried out using a vibratory hammer with adjustable frequency and vibration amplitude.

2. The method according to p. A method according to claim 1, characterized in that a hydraulic vibratory hammer is preferably used as the vibratory hammer.

3. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that the vibratory hammer is preferably suspended from a mobile crane with a lattice boom.