RU207747U1 - Арматурный каркас для буронабивной сваи с грунтоцементными уширениями в зоне слабых грунтов - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области строительства, в частности к способам формирования оснований зданий и сооружений.Техническим результатом полезной модели является ускорение формирования буронабивной сваи.Предлагается арматурный каркас для буронабивной сваи с грунтоцементными уширениями в зоне слабых грунтов, содержащий стержни, связанные с кольцами, торцевую вставку, содержащую приварное и упорные кольца с шарнирами первого рода, подпружиненные боковые вставки, связанные шарнирно с элементами арматурного каркаса на уровнях размещения слабых грунтов, выявленных в процессе бурения, причем боковые вставки выполнены в виде прямых отрезков арматурных стержней, свободный конец которых соединен с элементами арматурного каркаса гибкой связью.

Description

Полезная модель относится к области строительства, в частности к способам формирования оснований зданий и сооружений

К слабым водонасыщенным грунтам относят насыщенные водой сильносжимаемые грунты, которые при обычных скоростях приложения нагрузок на основание теряют свою прочность, вследствие чего уменьшается их сопротивление сдвигу и возрастает сжимаемость. Слабый глинистый грунт - это дисперсная структурированная система с коагуляционным типом структурных связей, способная при их нарушении переходить из твердообразного состояния в жидкообразное. Текучее состояние грунта определяется степенью нарушения структурных связей.

Слабые грунты особенно широко распространены в районах северо-запада РФ, в недавнем геологическом прошлом освободившихся от ледникового покрова последнего континентального оледенения, в условиях избыточного увлажнения и затрудненного стока подземных и поверхностных вод. Эти грунты образуют залежи на дне и по берегам морей и озер, в поймах и дельтах рек, на заболоченных водоразделах. Суммарная мощность толщ слабых грунтов сравнительно невелика, обычно не более 20-30 м; в ряде районов она достигает 50 м. Слабые грунты обычно водонасыщены, имеют весьма высокую влажность, большую пористость и весьма большую сжимаемость; они чувствительны к воздействию вибрации и других факторов, связанных со строительным производством.

На территории многих городов северо-запада Российской Федерации, в частности Санкт-Петербурга, слабые грунты распространены почти повсеместно (Абелев К.М. Особенности разработки проекта производства работ при строительстве на слабых водонасыщенных грунтах // Объединенный научный журнал. 2001. №11. С. 50-53).Одним из часто используемых методов укрепления нестабильных грунтов при строительстве зданий и сооружений используется метод укрепления сваями из железобетона.

Известен способ образования буроинъекционной сваи, при котором вначале бурят лидерную скважину до проектной глубины полым герметичным буровым шнеком, снабженным в его нижней части баровым долотом со сдвижным золотником и встроенными струйными мониторами, с регулируемой скоростью вращения бурового шнека до 60 об/мин по часовой стрелке, затем, увеличив скорость вращения бурового шнека до 120 об/мин, посредством встроенных струйных мониторов подают направленными струями водоцементную смесь под заданным высоким давлением не менее 6 МПа, чем размывают грунт и создают внизу уширение лидерной скважины из грунтоцементной смеси за счет вертикального, возвратно-поступательного движения вращающегося бурового шнека, при этом амплитуда возвратно-поступательных движений бурового шнека соответствует заданной проектной высоте создаваемого уширения лидерной скважины, а общий объем подаваемой водоцементной смеси в скважину не должен превышать ее полуторакратного размера, затем открывают сдвижной золотник в баровом долоте и, вращая буровой шнек против часовой стрелки со скоростью не более 60 об/мин, осуществляют подъем бурового шнека на величину, равную двойному шагу реборды шнека, и только после этого под пониженным давлением 0,5 МПа через сдвижной золотник подают мелкозернистый бетон и одновременно осуществляют возвратно-поступательные движения бурового шнека с амплитудой, равной высоте уширения, до момента начала выхода на поверхность мелкозернистого бетона из устья скважины, затем извлекают буровой шнек без вращения и одновременно подают мелкозернистый бетон под давлением 0,15 МПа, устанавливают в скважину арматурный каркас, производят опрессовку мелкозернистого бетона в скважине давлением не ниже 0,15 МПа, при этом объем мелкозернистого бетона должен превышать объем поданной в скважину водоцементной смеси не менее чем на 10%. При этом струйные мониторы размещают между лопастями барового долота, непосредственно за породоразрушающим инструментом и встраивают их таким образом, что проекции продольных осей струйных мониторов на горизонтальную плоскость наклонены к радиусам вписанной окружности барового долота под углом 110-120 градусов, а на вертикальную плоскость под углом 30 градусов к вертикали, а направление движения струи, выходящей из встроенных мониторов, совпадает с направлением вращения бурового шнека (патент на изобретение RU 2327007 С1 от 20.06.2008, МПК E02D 5/34, «Способ образования буроинъекционной сваи»).

Известный способ позволяет сформировать буроинъекционную сваю, которая будет обладать повышенной несущей способностью, надежностью и долговечностью за счет того, что диаметр нижнего конца сваи превышает диаметр ствола сваи, а значит, лобовое сопротивление сваи с уширением превышает таковое для сваи без уширения.

Однако при реализации известного способа возникает буроинъекционная свая, в которой выполнение уширения в нижней части сваи не учитывает структуру и свойства вмещающего грунтового массива и, как следствие, не обеспечивает эффективного уширения, например, в случае, когда нижняя часть находится в области грунтов высокой прочности. При этом основная часть конструкции сваи может находиться в массиве грунтов с наибольшими просадочными свойствами, что, тем самым, существенно снизит несущую способность, надежность и долговечность всей конструкции сваи.

Кроме того, в отмеченных способах не предусмотрено армирование объема бетона в уширении сваи, что, очевидно, снижает прочность всей конструкции в целом.

Известен «Способ возведения буронабивной сваи по патенту на изобретение RU 2303102 С1 от 20.07.2007, МПК E02D 5/34, включающий проходку скважины в грунте буровым инструментом с последующим ее бетонированием и создание грунтоцементной оболочки. Грунтоцементную оболочку создают путем одновременного бурения и цементации, которую осуществляют в направлении, перпендикулярном оси бурения. При цементации используют раздаточный элемент, имеющий сопла диаметром (2…5)⋅10^-3 м при скорости цементации скважины, определяемой по приведенной в формуле зависимости. Бетонирование скважины осуществляют при возвратном движении бурового инструмента, при этом используют раздаточный элемент, имеющий сопла с диаметром (10…20)^-3 м, при скорости бетонирования, определяемой по приведенной в формуле зависимости. В качестве бурового инструмента используют буровой инструмент, оснащенный шнеком. При этом в известном способе используют шнек диаметром от 250 до 800 мм. Способ [4] позволяет создавать буронабивную сваю в грунтоцементной оболочке практически одновременно во времени, при этом затвердевание грунтоцементной и буронабивной сваи происходит совместно.

Недостатком способа является то, что формирование грунтоцементной оболочки производится без учета слоистой структуры и изменяющихся свойств вмещающего грунтового массива, а создаваемая буронабивная свая имеет цилиндрическую форму постоянного сечения, что снижает качество и несущую способность возводимой буронабивной сваи. Кроме того, не происходит армирование грунтоцементных уширений в зоне слабых грунтов, что существенно снижает несущую способность сваи.

Известна буроинъекционная реверсивная компенсационная свая, выполненная в пробуренной полым герметичным шнеком скважине, заполненной под давлением мелкозернистым бетоном через полость полого герметичного шнека и отверстие сдвижного золотника, расположенного в его нижней части, и снабженная арматурным каркасом, в которой скважина заполнена мелкозернистым бетоном под давлением не менее 0,5 МПа в несколько этапов, определяемых количеством утечек мелкозернистого бетона в зазор между ребордой полого герметичного шнека и стенкой скважины, при этом на месте каждой из утечек мелкозернистого бетона, снаружи в зазоре между ребордой полого герметичного шнека и стенкой скважины выполнены грунто-песчано-цементные сальники из сухой смеси песка и цемента в соотношении 1:1 и расположены последовательно снизу вверх на теле сваи по мере подъема полого герметичного шнека вверх, при этом объем каждого из грунто-песчано-цементного сальника составляет не менее 5-10% от объема скважины (патент на полезную модель RU 142255 U1 от 17.12.2013, МПК E02D 5/46, «Буроинъекционная реверсивная компенсационная свая»).

Конструкция буроинъекционной реверсивной компенсационной сваи позволяет устранить технологическую осадку и повысит несущую способность и качество буроинъекционной сваи.

Известно армирующее устройство для армирования подошвы сваи при закладке свайного фундамента с использованием фундаментной сваи (патент на изобретение RU 2310722 МПК E02D 5/44(2006.01), E02D 5/5, E02D 27/12(2006.01).

Устройство имеет по меньшей мере одну сквозную продольную полость, содержит несколько фигурных сочлененных арматурных деталей, шарнирно соединенных с расположенным по центру кольцевым элементом, так что армирующее устройство может находиться в сложенном состоянии, в котором оно находится при установке, и в развернутом состоянии, в котором оно находится при эксплуатации, при этом армирующее устройство соединено со сваей по меньшей мере одним элементом, работающим на растяжение; армирующее устройство содержит элементы, работающие на растяжение, выполнены в виде тросов, резьбовых стержней и/или круглого стального прутка с резьбовым концом.

В качестве прототипа выбрано устройство, используемое для армирования буронабивной сваи с грунтоцементными уширениями в зоне слабых грунтов (Патент на изобретение RU 2725363 МПК E02D 5/34, 2020 г.).

В известном техническом решении представлен способ возведения буронабивной сваи с грунтоцементными уширениями в зоне слабых грунтов. Способ включает проходку скважины полым шнеком с буровым инструментом, оснащенным магистралями подвода высоконапорного водоцементного раствора от насосного блока к раздаточному элементу со струеформирующими соплами, который размещают внутри полого шнека, имеющего боковые окна для струеформирующих сопел раздаточного элемента, а также системой регистрации изменения механических свойств грунтов, составляющих пробуриваемый массив с последующим формированием грунтоцементной оболочки с уширениями в зоне слабых грунтов, которые создают в соответствии с определенными в процессе бурения характеристиками грунтов посредством подачи высоконапорного цементирующего раствора через раздаточный элемент со струеформирующими соплами. После достижения грунтоцементной оболочкой проектной глубины из пробуренной скважины извлекают раздаточный элемент и буровой инструмент, в полость шнека опускают арматурный каркас и заполняют скважину бетоном литой консистенции до устья, после чего производят постепенное поднятие полого шнека с его вывинчиванием и одновременно подают бетонную смесь в скважину (в полость полого шнека) с уплотнением импульсными разрядами до полного заполнения образовавшегося пространства. В соответствии с определенными в процессе бурения характеристиками грунтов и формированием грунтоцементной оболочки с уширениями в зоне слабых грунтов изготавливают арматурный каркас с боковыми вставками, содержащими арматурные стержни с шарнирами первого рода и пружинами, позволяющими арматурным стержням боковых вставок, заполнять боковые уширения, а также с торцевой вставкой содержащей приварное и упорные кольца с шарнирами первого рода и арматурные стержни, которые под воздействием веса арматурного каркаса и вдавливания заполняют торцевое уширение. После чего опускают армирующий каркас в полый шнек, который постепенно с вывинчиванием подымают, и по мере раскрытия и заполнения арматурными стержнями с шарнирами первого рода боковых и торцевой вставок уширений грунтоцементной оболочки в зоне слабых грунтов подают бетонную смесь в скважину (в полость полого шнека) до полного заполнения образовавшегося пространства.

Способ позволяет осуществить буронабивная свая с грунтоцементными уширениями в зоне слабых грунтов, которая выполнена в скважине, пробуренной в грунте полым шнеком с буровым инструментом и в которой создана раздаточным элементом со струеформирующими соплами грунтоцементная оболочка с уширениями в зоне слабых грунтов в соответствии с определенными в процессе бурения характеристиками грунтов. Свая выполнена опусканием в полый шнек, находящийся в скважине арматурного каркаса и заполнением скважины бетоном литой консистенции до устья, с последующим постепенным поднятием полого шнека с его вывинчиванием и одновременной подачей бетонной смеси в скважину (в полость полого шнека) с уплотнением импульсными разрядами до полного заполнения образовавшегося пространства. Арматурный каркас сваи в соответствии с определенными в процессе бурения характеристиками грунтов и формированием грунтоцементной оболочки с уширениями в зоне слабых грунтов содержит боковые вставки с арматурными стержнями и с шарнирами первого рода и пружинами, позволяющие арматурным стержням боковых вставок, заполнять боковые уширения, а также арматурный каркас содержит торцевую вставку с приварным и упорным кольцами, шарнирами первого рода и арматурными стержнями, которые под воздействием веса арматурного каркаса и вдавливания заполняют торцевое уширение.

Из описания к патенту выявлено, что сущность заявленного устройства состоит в том, что арматурный каркас сваи, содержащий стержни, связанные с кольцами, изготавливают заранее в соответствии с определенными в процессе бурения характеристиками грунтов. В зоне уширений слабых грунтов каркас содержит подпружиненные боковые вставки, выполненные из арматурных стержней, изогнутых в виде кривой второго порядка и одним концом шарнирно связанные с элементами арматурного каркаса.

Арматурные стержни боковых вставок в рабочем состоянии размещаются в боковых уширениях; торцевая вставка с приварным и упорным кольцами, шарнирами первого рода и арматурными стержнями жестко связана с элементами внизу каркаса и под воздействием веса арматурного каркаса заполняет торцевое уширение

Недостатком указанного технического решения является то, что свободные концы боковых вставок, которые выполнены из арматурных стержней, изогнутых в виде кривой второго порядка, шарнирно и с помощью пружин сжатия связанных с элементами арматурного каркаса, препятствуют продвижению прибора для уплотнения импульсными разрядами бетона литой консистенции, заполняющего полость шнека.

Техническим результатом полезной модели является ускорение формирования буронабивной сваи.

Предлагается арматурный каркас для буронабивной сваи с грунтоцементными уширениями в зоне слабых грунтов, содержащий стержни, связанные с кольцами торцевую вставку, содержащую приварное и упорные кольца с шарнирами первого рода, подпружиненные боковые вставки, связанные шарнирно с элементами арматурного каркаса на уровнях размещения слабых грунтов, выявленных в процессе бурения, причем боковые вставки, выполнены в виде прямых отрезков арматурных стержней, свободный конец которых соединен с элементами арматурного каркаса гибкой связью.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства.

На фиг. 2 представлено положение боковой вставки в устройстве-прототипе до извлечения из скважины полого шнека.

На фиг. 3 представлено положение боковой вставки в заявляемом устройстве до извлечения из скважины полого шнека.

Арматурный каркас для буронабивной сваи с грунтоцементными уширениями в зоне слабых грунтов содержит стержни (1), связанные с кольцами (2), торцевую вставку, содержащую приварное и упорные кольца с шарнирами первого рода, подпружиненные боковые вставки (3), связанные шарнирно с элементами арматурного каркаса на уровнях размещения слабых грунтов, выявленных в процессе бурения, причем боковые вставки (3) выполнены в виде подпружиненных прямых отрезков арматурных стержней, свободный конец которых соединен с элементами арматурного каркаса гибкой связью (4).

Устройство работает следующим образом.

Производят сборку арматурного каркаса путем соединения арматурных стержней (1) с кольцами (2). С нижним концом каркаса жестко связывают торцевую вставку. В местах контакта арматуры с расширениями в области слабых грунтов с арматурным каркасом шарнирно связывают боковые вставки (3), выполненные в виде подпружиненных прямых отрезков арматурных стержней, свободный конец которых соединен с элементами арматурного каркаса гибкой связью (4), выполненной из гибкой металлической проволоки или ленты из пластических материалов. Боковые вставки (3) прижаты к арматурному каркасу (фиг. 3), пружины вставок - сжаты. Арматурный каркас размещают в полость шнека.

Препятствия (фиг. 2) продвижению прибора для уплотнения импульсными разрядами бетона и проводника для подачи цементного раствора внутрь арматурного каркаса отсутствуют.

Даже небольшая потеря времени при возведении буронабивной сваи с грунтоцементными уширениями в зоне слабых грунтов приводит к существенному снижению качества работ, связанному с изменением консистенции цементного раствора.

После извлечения из скважины полого шнека боковые вставки (3) под действием пружин сжатия вращаются в области шарнира, свободный конец вставки отдаляется от каркаса, гибкая связь (4) ограничивает величину отдаления. Боковая вставка (3) и гибкая связь (4) решают проблему армирования цементно-грунтовых масс, заполнивших расширения в области слабых грунтов.

Claims (1)

1. Арматурный каркас для буронабивной сваи с грунтоцементными уширениями в зоне слабых грунтов, выявленных в процессе бурения, содержащий стержни, связанные с кольцами, торцевую вставку, содержащую приварное и упорные кольца с шарнирами первого рода, подпружиненные боковые вставки, связанные шарнирно с элементами арматурного каркаса на уровнях размещения слабых грунтов, отличающийся тем, что боковые вставки выполнены в виде прямых отрезков арматурных стержней, свободные концы которых соединены с элементами арматурного каркаса гибкой связью.

Images