RU2206661C2

RU2206661C2 - Method of deep ground compaction

Info

Publication number: RU2206661C2
Application number: RU2000131262A
Authority: RU
Inventors: М.Я. Крицкий; Х.Б. Ткач; В.М. Сбоев; В.Ф. Скоркин; А.В. Лубягин; А.А. Зайцев
Original assignee: Сибирский государственный университет путей сообщения
Priority date: 2000-12-13
Filing date: 2000-12-13
Publication date: 2003-06-20

Abstract

FIELD: construction industry, consolidation of foundations of various structures. SUBSTANCE: process of deep compaction of ground mass includes driving of network of holes with radial displacement of ground, filling of holes with loose material with subsequent repetition of operations of driving of holes and their filling with loose material. Novelty of method lies in that controllable directional asymmetric compaction of ground mass in holes is carried out by way of installation of vertical rest into hole on side requiring compaction. After it holes are filled with loose material and compaction is carried out towards side opposite to vertical rest. EFFECT: execution of controllable compaction of ground mass which is directional asymmetric compaction. 3 cl, 4 dwg

Description

Техническое решение относится к строительству и может быть использовано для глубинного уплотнения грунтового массива с целью повышения его несущей способности. The technical solution relates to construction and can be used for deep compaction of the soil mass in order to increase its bearing capacity.

Известен способ уплотнения грунтов с использование осесимметричных ударных устройств - пневмопробойников (см., например, Х.Б.Ткач, К.Б.Скачков "Новый пневмопробойник для усиления фундаментов" Основания, фундаменты и механика грунтов, 1999, 2, с. 25-28), сущность которого состоит в проходке сетки вертикальных или наклонных скважин за счет радиального перемещения грунта с последующим заполнением их сыпучим материалом (песок, щебень, глинистый грунт и т.д.). Возможна многократная проходка скважин, при этом каждая скважина или заполняется сыпучим материалом после каждой ее проходки (расширения), или вначале расширяется многократными проходками до требуемого диаметра, а уже затем производят одноразовую ее засыпку. A known method of compaction of soils using axisymmetric percussion devices - pneumatic punch (see, for example, H.B.Tkach, K.B. Skachkov "New pneumopunch for strengthening foundations" Foundations, foundations and soil mechanics, 1999, 2, p. 25- 28), the essence of which is the sinking of a grid of vertical or deviated wells due to the radial movement of the soil, followed by filling them with loose material (sand, gravel, clay soil, etc.). Multiple penetration of wells is possible, while each well is either filled with bulk material after each penetration (expansion), or initially expanded with multiple penetrations to the required diameter, and then it is filled once.

Особенностью рассматриваемого способа является симметричное уплотнение грунтового массива вокруг скважины. Однако в производственной практике существует необходимость асимметричного уплотнения грунтового массива, например, под фундаментами здания. Другим недостатком известного способа глубинного уплотнения является затягивание насыпного грунта на глубину при повторной проходке по заполненной скважине. Это объясняется тем, что уплотнение происходит в направлении наименьшего сопротивления. Насыпной материал, заполняющий скважину, имеет меньшую плотность, а следовательно, и оказывает меньшее сопротивление, чем массив грунта, находящийся вокруг скважины, из-за этого насыпной материал сдвигается вниз в большей мере, чем в радиальном направлении, в итоге происходит неравномерное уплотнение грунтового массива по глубине. Кроме того, после каждой проходки необходимо следить за глубиной скважины, что предопределяет определенное неудобство в работе. Другим недостатком известного способа глубинного уплотнения грунта является несколько завышенный расход заполняющего скважину сыпучего материала, так как при каждой проходке часть засыпанного в скважину сыпучего материала будет рабочим органом проталкиваться вниз вместе с забоем скважины. A feature of this method is the symmetrical compaction of the soil mass around the well. However, in industrial practice there is a need for asymmetric compaction of the soil mass, for example, under the foundations of the building. Another disadvantage of the known method of deep compaction is the tightening of bulk soil to a depth when re-drilling through a filled well. This is because the compaction occurs in the direction of least resistance. The bulk material filling the well has a lower density and, therefore, has less resistance than the soil mass located around the well, because of this, the bulk material moves down more than in the radial direction, as a result, the soil mass is unevenly compacted in depth. In addition, after each penetration, it is necessary to monitor the depth of the well, which determines a certain inconvenience in the work. Another disadvantage of the known method of deep compaction of the soil is a somewhat overestimated flow rate of the bulk material filling the well, since with each penetration a part of the bulk material poured into the well will be pushed down by the working body along with the bottom of the well.

Для исключения этого недостатка используют способы упрочнения забоя скважины бетонированием или установкой в скважине диска различной толщины. Эти способы также давно известны, например патент US 2512831 A от 27.06.1950. To eliminate this drawback, methods are used to strengthen the bottom of the well by concreting or by installing a disk of various thicknesses in the well. These methods are also known for a long time, for example, patent US 2512831 A from 06.27.1950.

Наиболее близким аналогом по технической сущности является способ глубинного уплотнения грунта, реализованный в устройстве для глубинного уплотнения грунта по авт. свид. СССР 883239, кл. E 02 D 3/054 и Е 01 С 19/34, опубл. БИ 43, 1981 г., сущность которого состоит в заполнении предварительно пройденной скважины с установленным в ней арматурным каркасом, бетонной смесью и уплотнением ее механическим способом. Скважины проходят с диаметром, заведомо меньшим диаметра создаваемой сваи. Предварительно изготовленный арматурный каркас перед установкой в скважину деформируют радиальным сжатием до диаметра, меньшего диаметра скважины, а после установки его в скважину и заполнения бетонной смесью раздвигают каркас примерно до первоначального состояния. Одновременно с уплотнением бетонной смесью с помощью ударного механизма, например пневмопробойника, в последующем заполняют бетонной смесью образующуюся центральную полость. Известный способ основан на радиальном сдвиге бетонной смеси осесимметричным рабочим органом ударного действия - пневмопробойником. Особенностью его является управляемое уплотнение, которое ограничено арматурным каркасом, т.е. уплотняется только тело сваи и незначительно уплотняется окружающий грунтовый массив. The closest analogue in technical essence is the method of deep soil compaction, implemented in a device for deep soil compaction according to ed. testimonial. USSR 883239, class E 02 D 3/054 and E 01 C 19/34, publ. BI 43, 1981, the essence of which is to fill a previously completed well with a reinforcing cage installed in it, concrete mix and compacting it mechanically. Wells pass with a diameter known to be smaller than the diameter of the created pile. A prefabricated reinforcing cage before being installed in the well is deformed by radial compression to a diameter smaller than the diameter of the well, and after installing it in the well and filling with concrete mix, the cage is pushed back to approximately the initial state. At the same time as the concrete mixture is compacted by means of a percussion mechanism, for example, a pneumatic punch, the resulting central cavity is subsequently filled with concrete mixture. The known method is based on the radial shear of the concrete mixture by an axisymmetric working body of shock action - a pneumatic punch. Its feature is a controlled seal, which is limited by the reinforcing cage, i.e. only the pile body is compacted and the surrounding soil mass is slightly compacted.

Являясь близким по технической сущности, то есть обеспечивая управляемое уплотнение, рассматриваемый способ изготовления набивной армированной сваи не может быть использован для глубинного уплотнения грунтового массива, так как обеспечивает только локальное уплотнение грунта по радиальному направлению. Однако существуют производственные условия, в которых необходимо асимметричное уплотнение грунта, так, например, при уплотнении основания железнодорожного пути, особенно расположенного на насыпи, или фундамента сооружения непосредственно под сооружением, дорожным путем, в то время как существующие способы обеспечивают симметричное уплотнение. Being close in technical essence, that is, providing controlled compaction, the considered method of manufacturing a stuffed reinforced pile cannot be used for deep compaction of the soil mass, as it provides only local compaction of the soil in the radial direction. However, there are production conditions in which asymmetric compaction of the soil is necessary, for example, when compaction of the base of the railway track, especially located on the embankment, or the foundation of the structure directly under the structure, by road, while existing methods provide symmetrical compaction.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является обеспечение управляемого уплотнения грунтового массива, то есть направленного (асимметричного) уплотнения. The technical problem solved by the invention is the provision of controlled compaction of the soil mass, that is, directional (asymmetric) compaction.

Это задача решается за счет того, что осуществляют проходку сетки скважин с радиальным вытеснением грунта, заполняют скважину сыпучим материалом с последующим повторением операций по проходке скважин и заполнению их сыпучим материалом. This problem is solved due to the fact that they carry out the drilling of a grid of wells with radial displacement of the soil, fill the well with bulk material, followed by repeating the operations of drilling holes and filling them with bulk material.

Согласно изобретению после последующей проходки скважин до требуемой глубины в нее устанавливают вертикальный упор со стороны, не требующей уплотнения, после чего скважину заполняют сыпучим материалов и осуществляют уплотнение в сторону, противоположную от вертикального упора. According to the invention, after subsequent drilling of the wells to the required depth, a vertical stop is installed in it from the side that does not require compaction, after which the well is filled with bulk materials and compaction is performed in the opposite direction from the vertical stop.

Целесообразно вертикальный упор устанавливать в виде незамкнутого цилиндра. Установка упора с такой формой обеспечит большую направленность уплотнения грунтового массива. It is advisable to install a vertical stop in the form of an open cylinder. Installing an emphasis with this form will provide a greater focus on compaction of the soil mass.

Целесообразно также скважину образовывать с плоской поверхностью, обращенной от уплотняемой области грунта, и к плоской поверхности скважины установить вертикальный упор, выполненный плоским в виде пластины, например из металла или другого материала. Такое выполнение операции обеспечивает направленное уплотнение грунтового массива при уменьшении затрат энергии при формировании скважины (уменьшается площадь сечения формируемой скважины). It is also advisable to form the well with a flat surface facing away from the soil area being compacted, and to establish a vertical stop made flat in the form of a plate, for example, from metal or other material, to the flat surface of the well. This operation provides directional compaction of the soil mass while reducing energy costs during well formation (the cross-sectional area of the well being formed decreases).

Целесообразно после окончания процесса уплотнения грунта извлекать из него вертикальный упор. Образовавшаяся пустота заливается цементным раствором. Такая операция позволяет использовать инвентарные вертикальные упоры многократно, что снизит стоимость работ. It is advisable to remove the vertical stop from the soil compaction process. The resulting void is poured with cement mortar. This operation allows you to use inventory vertical stops repeatedly, which will reduce the cost of work.

Сущность предлагаемого способа глубинного уплотнения грунтового массива поясняется примером и чертежами. На представленных чертежах иллюстрируются: фиг. 1 - последовательность операций проходки скважины с упрочнением забоя диском, сыпучим материалом или раствором; фиг. 2 - установка в скважины вертикальных упоров и направленное уплотнение грунтового массива; фиг. 3 - вид по стрелке А (рельсовый путь не показан); фиг. 4 - направленное уплотнение грунта под фундаментом сооружения с засыпкой образованных скважин сыпучим материалом. The essence of the proposed method of deep compaction of the soil mass is illustrated by example and drawings. In the drawings, illustrated: FIG. 1 is a sequence of operations of drilling a hole with hardening of the bottom with a disk, bulk material or solution; FIG. 2 - installation of vertical stops in the wells and directional compaction of the soil massif; FIG. 3 is a view along arrow A (rail track not shown); FIG. 4 - directional soil compaction under the foundation of the structure with backfill of formed wells with bulk material.

В грунтовом массиве 1 (фиг. 1,а), подлежащем уплотнению, проходится пневмопробойником сетка скважин 2. Скважины 2 сетки могут располагаться рядами в шахматном порядке, то есть смещенными друг относительно друга в параллельных и перпендикулярных направлениях (фиг. 3). В дальнейшем будем описывать реализацию предлагаемого способа на примере одной скважины, подразумевая, что аналогичные операции необходимо проводить со всеми скважинами. In the soil mass 1 (Fig. 1, a) to be compacted, a grid of wells 2 is passed by a pneumatic punch. Wells 2 of the grid can be staggered in rows, that is, offset from each other in parallel and perpendicular directions (Fig. 3). In the future, we will describe the implementation of the proposed method on the example of one well, implying that similar operations must be carried out with all wells.

После проходки скважины 2 (фиг. 1,а) на ее забое образуют непроходимую для устройства образующего скважину пневмопробойника пробку 3 (фиг. 1, б). Эта операция давно известна, и ее можно осуществить установкой диска из металла, дерева, пластмассы, или залив в скважину бетонный раствор. Также можно использовать полусухую бетонную смесь 4 (фиг. 1,в). After driving the well 2 (Fig. 1, a) on its bottom, a plug 3 is formed impassable for the device forming the well of the pneumatic punch, (Fig. 1, b). This operation has long been known, and it can be carried out by installing a disk of metal, wood, plastic, or pouring concrete mortar into the well. You can also use semi-dry concrete mixture 4 (Fig. 1, c).

Для осуществления управляемого направленного асимметричного уплотнения грунтового массива 1 в скважину 2 устанавливают вертикальный упор 7 (фиг. 2) со стороны, не требующей уплотнения, после чего скважину заполняют сыпучим материалом 5 (фиг. 2) и осуществляют уплотнение в сторону, противоположную от вертикального упора 7. Сыпучий материал 5 смещается в указанном направлении, и образуется уплотненный грунтовый массив 6 (фиг. 2). To implement a controlled directional asymmetric compaction of the soil mass 1, a vertical stop 7 (Fig. 2) is installed in the well 2 from the side that does not require compaction, after which the well is filled with bulk material 5 (Fig. 2) and compaction is performed in the opposite direction from the vertical stop 7. The bulk material 5 is displaced in the indicated direction, and a compacted soil mass 6 is formed (Fig. 2).

В условиях, когда необходимо несимметричное направленное уплотнение грунтового массива 1, возникающее при усилении основания железнодорожного полотна, размещенного на насыпи (фиг. 2), или грунтового основания, расположенного под фундаментом 10 (фиг. 4,а, б), целесообразно устанавливать вертикальный упор 7 в виде незамкнутого цилиндра 8 (фиг. 3) либо плоским в виде пластины 9 (фиг. 3). В таком случае начальную скважину 2 образуют с плоской поверхностью, обращенной от уплотняемой области грунта, и к плоской поверхности скважины устанавливают вертикальный упор, выполненный плоским в виде пластины 9 (фиг. 3), например, из металла, дерева или пластмассы. In conditions where asymmetric directional compaction of the soil mass 1 is necessary, which occurs when reinforcing the base of the railway bed placed on the embankment (Fig. 2), or the soil base located under the foundation 10 (Fig. 4, a, b), it is advisable to install a vertical stop 7 in the form of an open cylinder 8 (Fig. 3) or flat in the form of a plate 9 (Fig. 3). In this case, the initial well 2 is formed with a flat surface facing away from the compacted soil area, and a vertical stop is made to the flat surface of the well, made flat in the form of a plate 9 (Fig. 3), for example, of metal, wood or plastic.

При последующих проходках вертикальный упор не позволит пневмопробойнику вытеснять материал, засыпанный в скважину 2, в его сторону. Грунтовый массив также будет уплотняться в сторону, противоположную от вертикального упора 7 (он будет служить как бы направляющей, вдоль которой будет скользить пневмопробойник). При этом своим заостренным передним концом цилиндрического корпуса пневмопробойник будет смещать находящийся в скважине 2 засыпанный материал 5. Учитывая, что забой будет упрочнен бетонированием или диском, уплотнение грунтового массива 1 будет происходить только в горизонтальном направлении в сторону от вертикального упора 7 и не глубже забоя пройденной первоначально скважины 2. В итоге уплотнение грунтового массива 1 будет направленным в сторону, которая подлежит уплотнению. Вертикальный упор 7 и диск 3 могут быть выполнены за одно целое, однако более целесообразно их выполнять раздельными, а следовательно, сначала устанавливать диск 3, который под действием собственного веса ляжет на забой скважины 2, а затем устанавливать вертикальный упор 7. Нужно отметить, что уплотнение грунтового массива 1 обычно осуществляют до 5-метровой глубины. Это позволяет вертикальный упор 7 опускать в пробитую скважину 2. В редких случаях его можно забивать в грунт, если радиальные размеры скважины 2 и вертикального упора 7 не совпадают. With subsequent penetrations, the vertical stop will not allow the pneumatic punch to displace the material, which is filled in the well 2, in its direction. The soil mass will also be compacted in the direction opposite from the vertical stop 7 (it will serve as a guide, along which the pneumatic punch will slide). At the same time, with its pointed front end of the cylindrical body, the pneumatic punch will displace the material 5 which is located in the well 2. Considering that the face will be hardened with concrete or a disk, compaction of the soil mass 1 will occur only in the horizontal direction away from the vertical stop 7 and not deeper than the face passed initially, the wells 2. As a result, the compaction of the soil mass 1 will be directed to the side that is subject to compaction. The vertical stop 7 and the disk 3 can be made in one piece, however, it is more expedient to separate them, and therefore, first install the disk 3, which under the influence of its own weight will lie on the bottom of the well 2, and then install the vertical stop 7. It should be noted that compaction of the soil mass 1 is usually carried out to a 5-meter depth. This allows the vertical stop 7 to lower into the punched well 2. In rare cases, it can be driven into the ground if the radial dimensions of the well 2 and the vertical stop 7 do not match.

В большинстве случаев после окончания процесса направленного асимметричного уплотнения грунтового массива вертикальный упор 7 извлекают, а образовавшуюся пустоту заливают цементным раствором. Такая операция позволяет использовать вертикальные упоры многократно, снизить стоимость работ, но при этом длительность процесса уплотнения увеличивается. In most cases, after the directional asymmetric compaction of the soil mass is completed, the vertical stop 7 is removed, and the resulting void is poured with cement mortar. This operation allows you to use vertical stops repeatedly, reduce the cost of work, but at the same time, the duration of the compaction process increases.

Claims

1. The method of deep compaction of the soil massif, including drilling a grid of wells with radial displacement of the soil, filling the wells with bulk material, followed by repeating the operations of drilling the wells and filling them with bulk material, characterized in that they carry out controlled directional asymmetric compaction of the soil mass in the wells by installing vertical emphasis well from the side that does not require compaction, after which the wells are filled with bulk material and compaction is performed towards opposite from a vertical emphasis.

2. The method according to claim 1, characterized in that establish a vertical emphasis in the form of an open cylinder.

3. The method according to claim 1, characterized in that the well is formed with a flat surface facing away from the compacted area of the soil, and a vertical stop is made to the flat surface of the well, made flat in the form of a plate, for example, of metal or other material.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that after the completion of the compaction of the soil, the emphasis is removed from the soil.