RU1688790C - Способ изготовлени набивной сваи - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области строительства и может быть использовано при возведении свай. Целью изобретени   вл етс  снижение трудозатрат и ускорение«производства работ. Способ изготовлени  набивной сван включает проходку цилиндрической скважины 1. На раствороподающей трубе 2 закрепл ют рабочий разр дник 3, соединенный с высоковольтным импульсным источником 4. В формируемую скважину 5 подают электропроводный твердеющий материал 6, обеспечивакщнй закрепление грунта 7 вокруг скважины 5 в зоне Я. 4 ил., 2 табл.

Description

Изобретение относитс  к области строительства и может быть использовано при возведении свай.

Целью изобретени   вл етс  снижение трудозатрат и ускорение производства работ.

На фиг. 1 показано изготовление набивной сваи; на Аиг. 2 - изготовление набивной сван после завершени  проходки начальной скважины; на фиг.З коническа  спа ; на Лиг. 4 - ступенчата  сва .

Способ изготовлени  набивной сваи включает проходку цилиндрической скважины 1, например, вращательным бурением . На растворонодающей трубе 2 sh- крегш ют рабочий разр дник 3, соеди- ненмый с высоковольтным импульсным источником 4. В Лормуемую скважину 5 подают электропроводный твердеющий материал 6, например глинистый раст- BOJI, или., что более предпочтительно,

закрепл югций растнор, обеспечивающий закрепление грунта 7 вокруг скважины 5 в зоне 8.

Дл  этой цели могут бить использованы , например, растворы на основе цемента или синтетических   жупих. При подаче на электроды разр дника 3 от источника 4 напр жени  5-10 кВ между электродами возбуждают высоковольтные электрические разр ды, привод щие к возникновению электрогидравлическогг эффекта, т.е. к скачкообразному повышению давлени , к ударным воздействи м на стенки скважины и этими воздействи ми на грунт 7 Лормируют профиль продольного сечени  скважины 5, подобный предварительно заданному проАнлю продольного сечени  сваи.

Экспериментально установлено, что выбор наиболее оптимальной энергии разр дных импульсов находитс  п интервале 5-ЯОО кДж, давление гидропотока

о

00

00

J

со

и пл/жнс мп; г скачкообразно нолп- шлтг.сч m ЛОТ-бОО Шл. 1 е чулт пфунлщи ударные воздействи  на стенки скплжп- (II1 1 нрипод т не топысо к /ппогненнм г ее стенок, имеющему место при более слабых воздействи х, но и к неунру- гои деформации стенок, т.е. к расширении СКРЯБИНЫ 5. Одновременно обеспечиваетс  проникновение закрепл йте- Ю 1 п раствора но мнкротрецин м грумтл 7 н Глубину 1,5-2 м и, счедоватсльно, формирование вокруг скпа нны 5 зоны 8 упрочнени  грунта соответствующего радиуса.

Превышение рекомендуемого диаиазо- на энергий нежелательно ПР. только из- за повышени  требований к системе питани  источника 4 и возрастани  его габаритов и пассы, но и потому, что дальнейшее повышение . нагрузок на стен ки скважины и р де случаен може г привести к провышепню допустимой скорости колебаний грунта, что оказывает

сиг от грунта 7 (оно убивает с. погн. шеинем СЦРНЧРНЧЯ грунта). 1л  ПРС чаных н 1 линпс ri.ix груш or можно п  1 ь ),() и 0,8 СООГНРТГ ГИРННО . Таким обратом, конечным диаметр склажн- IIN на глуПинг1 h лнл етс  мелннсГпгом Функцией суммарной энергии разр дных нки /льсон. Значение т)| ныГчфают на 10 15 мм меньне диаметра спаи п сечении, соотпетстпуюпем глубине. Поскольку при осуществлении рассматрипаемого па риапта тону иотбужчденип разр да не- нрерьшно опускают, то регулирование суммарной энергии рачр  тных нмпульгоп дл  каждого чначенпч глуочны li oCectie чиваюг итмепением частоты С следовани  разр дных импульсов.

При выборе тначени  f учп гыпают, что процесс Нормировани  пробшьт про- допыюго сечени  СКБЛАИПЫ включает расииренле скплтошы I п уплсп ненне грунта / вокруг нее. 1тот процесс про текает но-разиому п зависимости от

15

20

30

35

40

вредное (сейсмическое) поздейстииг на 25 соотношени  медду частотой импульсог соседние здани  и сооружени .

Формирование у скпаютнм 1 ироЛнл  продольного сечени  подобного нредпл- рительно заданному профилю продольного сечени  спаи требует изменени  радиуса поперечного сечени  скпакпны но ее гпубине. Так, например, радиус поперечного сечени  гкпажини на глуб)т- не под дейстлнем нерлого разр дного импульса определ ют нрсддо всего ич спойстп грунта 7 на глубине h it энергии Е импульса. Приближенно оно модет быть описано соотношением

1,, m

где У - (Ьн101ент, характсризун 1щл спойстио грунта; - коз(ЬН), опредрл  пуп г реобразонлпн  электрической энергии импульса л механическую .

При повторных ударш.тк воздействи х, на стенки скважины 5 происходит как уплотнение грунта 7, так п иофаста- ние ее диаметра, нривод г н1 к уменьшению эффективности ударного по-чдом- стви . Поэтому изменение радиуса скважины по мере увеличени  числа п импульсов соответствует нелинейному закону, которым приближенно описываетс  соотношением

,H(Kln n:1), (О где К - экспериментально определ тMi-r f котс х шциечт, значение которого ;ынц45

50

55

и скоростью спада давлени  и скважине 1. Если Г ,1 Гц, то каждый после дуют и раз)ггдны; импульс подаетс  после полного спада давлени  п окончани  консолидации грунта /, -который по норе подачи импульсоп приобретает иог.пиенную плотность. С увеличением часючы при , 1 Гц процессы разруше ни  структуры грунта 7 п его уплотнени  совмещаютс  во времени, что ускор ет процесс Нормировани  1фофнл  про дольного сечени  скважины, при зтом,с ОД1Ю11 стороны,увеличение частоты раз- р гцш позвол ет снизить величину энер гии ноздейстпи , необходимой дл  раз- рушепи  структуры и уплотнени  грунта 7.

С ДРУГОЙ стороны,при большой часто те каждым последующий разр д действует н услови х пезакончлпшегосл процесса консолидации, обуслоплепной Оильтраиионнпми снонстпамн грунта 7, определ ющими пеиозмонность быстро i водоотдачи, вследствие итого эг Лектнп ность каждого разр да уменьшаетс  п лозрчстают энергозатраты на «Ьор шрова пие проЛил  продольного сечени  скпл- жпны до подобного предварительно заданного профил  ешш. Например, при нач.ъ тьной плотности грунта 7 р - о.бТ п случае попыпето члстбты сче-юианип разридоп от 0,03 до 6 Гц -ч иЬркг УПЛОГ нени  от одного разр да сниларгси п

г Ю

В790

сиг от грунта 7 (оно убивает с. погн. шеинем СЦРНЧРНЧЯ грунта). 1л  ПРС- чаных н 1 линпс ri.ix груш or можно п  1 ь ),() и 0,8 СООГНРТГ ГИРННО . Таким обратом, конечным диаметр склажн- IIN на глуПинг1 h лнл етс  мелннсГпгом Функцией суммарной энергии разр дных нки /льсон. Значение т)| ныГчфают на 10- 15 мм меньне диаметра спаи п сечении, соотпетстпуюпем глубине. Поскольку при осуществлении рассматрипаемого па- риапта тону иотбужчденип разр да не- нрерьшно опускают, то регулирование суммарной энергии рачр  тных нмпульгоп дл  каждого чначенпч глуочны li oCectie- чиваюг итмепением частоты С следовани  разр дных импульсов.

При выборе тначени  f учп гыпают, что процесс Нормировани  пробшьт про- допыюго сечени  СКБЛАИПЫ включает расииренле скплтошы I п уплсп ненне грунта / вокруг нее. 1тот процесс протекает но-разиому п зависимости от

15

20

0

5

0

соотношени  медду частотой импульсог

5

0

5

и скоростью спада давлени  и скважине 1. Если Г ,1 Гц, то каждый последуют и раз)ггдны; импульс подаетс  после полного спада давлени  п окончани  консолидации грунта /, -который по норе подачи импульсоп приобретает иог.пиенную плотность. С увеличением часючы при , 1 Гц процессы разрушени  структуры грунта 7 п его уплотнени  совмещаютс  во времени, что ускор ет процесс Нормировани  1фофнл  продольного сечени  скважины, при зтом,с ОД1Ю11 стороны,увеличение частоты раз- р гцш позвол ет снизить величину энергии ноздейстпи , необходимой дл  раз- рушепи  структуры и уплотнени  грунта 7.

С ДРУГОЙ стороны,при большой частоте каждым последующий разр д действует н услови х пезакончлпшегосл процесса консолидации, обуслоплепной Оильтраиионнпми снонстпамн грунта 7, определ ющими пеиозмонность быстро i водоотдачи, вследствие итого эг Лектнп- ность каждого разр да уменьшаетс  п лозрчстают энергозатраты на «Ьор шрова- пие проЛил  продольного сечени  скпл- жпны до подобного предварительно заданного профил  ешш. Например, при нач.ъ тьной плотности грунта 7 р - о.бТ1 п случае попыпето члстбты сче-юианип разридоп от 0,03 до 6 Гц -ч иЬркг УПЛОГ- нени  от одного разр да сниларгси п

варьирование

9 раз. Таким образом значени  f позвол ет   очень широких пределах регулировать скорость сЬорми- роилни  профил  скважины, обеспечива  соответствие между этой скоростью, котора  должна измен тьс  пропорционально заданному диаметру D скважины на определенном глубине Ь, и посто нной скоростью опускани  .юны разр да. Аналогичный результат может быть достигнут и регулировкой энергии отдельных разр дных импульсов; возможно также одновременное или последовательное варьирование как частоты следовани , так и энергии разр дных импульсов.

После завершени  проходки скважины 1 разр дник 3 извлекают из скважины I и возвод т в ней свпю, по профилю продольного сечени  которой формировали профиль скважины. Ч данном случае внутрь скважины ввод т готовую коническую сваю, т.е. погружают готовую сваю не в грунт, а н заранее подготовленную скважину, профиль которой оптимально согласован с профилем сван, что обеспечивает полное заполнение скважины телом сваи. Это по сравнению с забиванием или пдавлнва- нием сваи резко повышает производительность изготовлени  сваи с измен ющейс  по высоте площадью поперечного сечени , т.е. достигаетс  цель изобретени . Однако необходимость использовани  готовых свай ограничивает возможности оптимизации формы и размеров сваи применительно к конкретным услови м эксплуатации и требовани м к профилю продольного сечени  сваи. Поэтому в р де случаев рассмотренный вариант может предусматривать использование не забивных, л набивных свай. Тогда возведение сваи осуществл ют непосредственно в скв жшге. Достоинством такого варианта  вл етс  возможность максимально точного соответстви  формируемого проЛнл  скважины предварительно заданной оптимальной конфигурации расчетной спаи, особенно при автоматическом регулнроваггии частоты следовани  импульс.оп в зависимости от показаний датчика (на чортеле не показан).

Необходимость регулировани  в процессе его реализации частоты следовани  (или энергии) разр дных импульсов требует некоторого усложнени  конструкции ИСТОЧНИК. / . По ТОМУ П боЛ7 1 ГИНстве случаев иррдиочтнтрньиым  ллпет

790

с  второй вариант псуг и.ттпгггчшп способа , иридусмлтрнвам вш |Ьормированмр заданного профил  скважины после завершени  проходки нач.-шькпй скважины цилиндрической Лормы одновременно с возведением сиаи и установкой арматуры (если это необходимо), Н этом варианте разр дник 3 с электродами

(фиг. 2) сначала опускают в г «ихнюю часть скважины 1 цилиндрической Лормы, т.е. на глубину h k , поспе чего начинают подавать п скнажиму бетонную смесь, выполн ющую Аункцню электропроводного раствора, и возбуждают серию высоковольтных разр дных импульсов с энергией 5-200 кДж. Познпклющпе при этом ударные волны обеспечивают Лор- мирование профил  скважины не только

0 путем расширени  скважины с уплотнением ее стенок, но н перемешивание бетонной смеси с осыпавшимс  со стенок скважины грунтом, т.е. с образованием вокруг центрального  дра 9

5 сван внешней оболочки 10 из грунто- цементобетона. Одновременно происходит проникание раствора в трещины грунта с образованием зоны В укреп- .ленного грунта с радиусом до 1,5-2 м.

0 Кроме того, действие разр дов ускор ет (на 20%) твердение бетонной смеси и существенно (на 30%) повышает ее прочность.

Подачу разр др ых импульсов прекращают по достижении заданного профил  продольного сечени  скважины на глубине, соответствующей заданной высоте профил  сван. Необходима  суммарна  энерги  импульсов задаетс  выбором числа импульсов, которое определ ют из соотношени  (2). После этого разр дник 3 с электродами поднимают на величину (шаг) ДЬ, а следовательно , перемещактг и зону возбуждени  высоковольтных разр дных импульсов на соответствующую величину (таг) Д. Значение ДН рекомендуетс  выбирать таким образом, чтобы обеспечить

Формирование заданного профил  с пли с требуемой точностью, т.е. в пределах заданного допустимого отклонени  b от заданного дилметра при любом значении глубины h. При малых углах коиусности ( 15°) значенир ЛЬ, можно приближенно определить из с оотнл- шени 

in arccos(1-b)J , (3)

sin) arccof

где П

Ь

ч.тдапный диаметр спаи ил пррпмдущом гааге.

Оцннм из достоинств предлагаемого r.rmr.ofici  вл етс  возможность нпготов- лени  свай с большим углом конусности (например,30 )„В этом случае значени  ДЬ. рекомендуетс  выбирать из соотношений (

bh ™;i-b)- 91пГ2агс1(1-Ь). при )(,(А)

fch-2--( 1-Ь) tr,2- агсс  1-b)

где DL - заданный диаметр сипи на носледующем шаге.

При таком расчете &Ь количество п импульсов на каждом ware можно выбн- рать так, чтобы расчетный диаметр D на каждом шаге бил меньше заданного значени  на величину ЬЛц (Лиг. 3). При этом на каждом шаге изготавливаетс  участок сваи п форме сфернческо- го сегмента с площадью поверхности, превышающей соответствующую площадь поверхности конической спаи расчетного профил . Таким образом, предлагаемый способ позвол ет не только повысить производительность процесса возведени  ован, но и несколько уменьшить объем возводимой сваи без ухудшени  ее несущей способности и за счет этого получить дополнительную экономию материала.

Лосле перемещени  разр дника на шаг &h вновь возбуждают серию разр дных импульсов, количество которых из- мен ют (в рассматриваемом примере уменьшают) в соответствии с требуемым уменьшением диаметра сваи на данной глубине. Дл  упрощени  управлени 

процессом расширени  скважины количе- 45 иую прочность (например, при прохож (5)

ство п разр дных импульсов на каждом шаге предпагаетс  выбирать в соответствии с линейной аапнг.ммос гью

го

где - эмпирические коэффициенты, завис щие от свойств грунта. D0 зависит также от энергии Е импульса. Так, дл  песчаных грунтов при 22,2 кДжЈЕЈ 120 кДж значени  лежат в пределах 0,2-0,6. Значени  га характеризуют интенсивность накоплени  деформаций и грунте. Дл  песчаных грунтов ,77 к Ю э.

50

55

дении скважины через слой м гкоплас- тнчного суглинка или торЛа).

Из приведенных данных видно, что предлагаемый способ может быть успешно применен и при возведении сван ступенчатого профил , комбинированных (цилиндро-конических, свай и вообще свай любой Формы, ра   вл етс  оптимальной дл  конкретных условий их возведени .

Формирование, свай любого профил  применительно к конкретным услови м возведени  позвол ет управл ть негущей способностью набивных cn,-irt n про10

15

20

4Q

87QO

Соотношением (5) модно польчовать- сп при п V). Члтгм разр дник пнпвь переметает на шаг ЛЬ, возбуждают серию разр дных HMTiviibcon и т.д. Подачу бетонной смеси молно осуществл ть как дискретными порци ми, так и непре- рьгано. , Ыч регулировани  суммарной энергии разр дных импульсов, как и в первом варианте, можно использовать изменение энергии одного импульса.

Мижнюю границу Ј рекомендуетс  выбрать в данном варианте близкой к 0,05 Гц, так как при меньших частотах длительность изготовлени  сваи становитс  соизмеримой с длительностью схватывани  цемента. И этом случае воздействие разр дов неблагопри тно вли ет на формирующуюс  структуру раствора , снижа  несущую способность изготавливаемой сваи.

Предельное значение f определ етс  возможност ми источника питани .

Далее привод тс  данные о конкретных примерах реализации второго варианта способа дл  возведени  конической сваи и забивного блока в различных грунтах.

Пример 1. Изготовление конической сваи с углбм конусности 1 длиной м и минимальным диаметром 0,3 м в песчаном грунте и суглинке (см. табл. 1).

П р it м е р 2. Изготовление забив- . ного блока с углом конусности 30 , длиной 1 1 м и минимальным диаметром 0,9 м в песчаном грунте при F(/vme 120 кДж (см. табл. 2).

Еще один вид сван, котора  может быть эффективно изготовлена с использованием данного варианта способа, приведен на фиг. 4. Ее целесообразно

30

использовать, когда один или несколько слоев грунта имеет резко понижен0

5

дении скважины через слой м гкоплас- тнчного суглинка или торЛа).

Из приведенных данных видно, что предлагаемый способ может быть успешно применен и при возведении сван ступенчатого профил , комбинированных (цилиндро-конических, свай и вообще свай любой Формы, ра   вл етс  оптимальной дл  конкретных условий их возведени .

Формирование, свай любого профил  применительно к конкретным услови м возведени  позвол ет управл ть негущей способностью набивных cn,-irt n процессе их изго1 оплепич п зачнсимостн от физико-механических СРОЙСГВ грунта. (Существенное повышение иесугчей способности ДОСТНГЯРТСЯ благодар  повышению прочности бетонл и уплотнению грунта вокруг сваи. В результате сва , изготовленна  ио предлагаемому способу, имеет несущую способность, в 11- 12 раз большую, чем обычна  набивна  (Q сва . Благодар  -этому ДОСТМГЯРТСЯ многократное сокращение расхода закрепл ющего растпора и затрат пнергии на разбуривание скп жины.

Экспериментально установлено, что 15 применение способа позвол ет расшир ть начальный диаметр скважины в 4-6 раз, довод .его до 500 - 800 мм. Это пе- дет не только к дополнительному сокращению затрат на начальное разбурила- 20 ние, но и к устранению необходимости применени  сложного специального оборудовани  дл  расширени  скнлжин.

Формирование тела спаи из бетонноФ о р ; у л а И 3 о и р с Т Р. Н И Я

СпоспП ичгптолленин iiafninHoft сваи включаюгож проходку цилин/цчсческпй скпа-тнньг, подлчу п неп   трктропроиод пого твердрмщего магерпл.чл с одновре менном Позбужденигм п нем пысоковолы ных электрических разр дов рабочим разр дником с перемещением его по пы СОТР скнлжиш.1, о т .т и чающийс тем, что, с целью снижени  трудозатрат и ускорени  произлодстпа работ, рабочий разр дник пг-ремптают по нысо- те скважины с шагом , определ емым зависимост ми соответственно дл  посто нного по высоте сечени  сваи, переменного увеличивающегос  книзу н

перемен :ого увелнчинаю1цегос  кперху

г-,

sin jarccos( Mr)/ ;

uh -|-(1-b)-sin 2arcL(

uh(M,)t.aj

:. arcLn(1-b),

го раствора под действием болышх дав-25 где урол НЛКЛ()НЛ порлзутщрп ст олений позвол ет также отказатьс  от

к

Dh.h

отказатьс  от

обсадных труб и глинистого растпора, примен емых дл  предотвращени  обрушени  стенок скважины. Это также ведет к .сокращению числа необходимых операций, т.е. к повышению производительности и снижению затрат.

30

ла к вертикали;

- диаметры снаи соответственно на предыдущем и послсдумием уровн х расположени  рабочего разр дника;

Ь - заданное допустимое отклонение диаметра спаи.

Ф о р ; у л а И 3 о и р с Т Р. Н И Я

СпоспП ичгптолленин iiafninHoft сваи, включаюгож проходку цилин/цчсческпй скпа-тнньг, подлчу п неп   трктропроиод- пого твердрмщего магерпл.чл с одновременном Позбужденигм п нем пысоковолы- ных электрических разр дов рабочим разр дником с перемещением его по пы- СОТР скнлжиш.1, о т .т и чающийс  тем, что, с целью снижени  трудозатрат и ускорени  произлодстпа работ, , рабочий разр дник пг-ремптают по нысо- те скважины с шагом , определ емым зависимост ми соответственно дл  посто нного по высоте сечени  сваи, переменного увеличивающегос  книзу н

перемен :ого увелнчинаю1цегос  кперху

г-,

sin jarccos( Mr)/ ;

uh -|-(1-b)-sin 2arcL(

uh(M,)t.aj

е урол НЛК

к

Dh.h

0

ла к вертикали;

- диаметры снаи соответственно на предыдущем и послсдумием уровн х расположени  рабочего разр дника;

Ь - заданное допустимое отклонение диаметра спаи.

Т а б л и ц а I

Таблица

j От pacfnBopoftacoca

,77 p-lCr-CCit WOnYtl

Л

Т

- $-

ч2хРШ

:

V - - - - : OLCOK

%:: v- ::

N/C Л/ «

W 1Л/

V/ W

+/ I . Vvx

mop«

IV. Ц, IV Kf Л

s

IV «V И/

tv

И kv V V l vu- W н ИХ

.-X

-V. . M/

. . .. . Tntcu K

S5 °MH« w.- .1 «к;:

. t . .

. ; y.

их...

;. ;... -.. , JP ..- «...... .

ПЕСОКg::-;;-:- v; . t -... % ...; p .-...- ./. .

Фиг. 4