RU2239024C1

RU2239024C1 - Method for pile enlargement production

Info

Publication number: RU2239024C1
Application number: RU2003134594/03A
Authority: RU
Inventors: К.Н. Илленко (RU); К.Н. Илленко; Р.К. Илленко (RU); Р.К. Илленко; Л.К. Рычихина (RU); Л.К. Рычихина; Н.К. Илленко (RU); Н.К. Илленко
Original assignee: Илленко Константин Николаевич; Илленко Роман Константинович
Priority date: 2003-12-01
Filing date: 2003-12-01
Publication date: 2004-10-27

Abstract

FIELD: building, particularly enlargements of piles built in soft ground.

SUBSTANCE: method involves drilling well for pile body, excavating ground in pile enlargement areas with forming depressions in well wall, wherein depression shapes correspond to that of enlargements; concreting well and formed enlargements. Surfaces of each depression are reinforced during forming thereof by initial deepening support members in ground around well perimeter so that support members are located in plane corresponding to upper enlargement surface. Distance between support members prevents ground caving into space between adjacent support members. After ground excavation cross-bars are arranged between lower depression surface and support members. Cross-bars have pads connected to bases thereof.

EFFECT: increased pile enlargement quality along with improved operational reliability thereof.

7 cl

Description

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при создании уширений сваи, распределенных вдоль ствола сваи, преимущественно при изготовлении свай, возводимых в слабых грунтах, и имеющих большие диаметры уширений, например, с диаметром, составляющим несколько метров.The invention relates to the field of construction and can be used to create broadening piles distributed along the shaft of the pile, mainly in the manufacture of piles erected in soft soils, and having large diameters of broadening, for example, with a diameter of several meters.

Известен способ создания уширений сваи, используемый при эксплуатации устройства для создания уширений скважины, путем бурения скважины, опускания в скважину трубчатого наконечника с отверстиями в его стенках, закачивания в отверстия промывочной жидкости и размыва грунта между плоскостями, образованными струями, выходящими из отверстии наконечника при его вращении, с последующим нагнетанием в скважину и уширение бетонного раствора (см. авт. св. СССР №1758163, кл. Е 02 D 5/30, 1992). В известном способе после формирования уширения, извлекают трубчатый наконечник и нагнетают бетонирующий раствор. Опускают в скважину ствол, и после уплотнения бетона происходит соединение уширений со стенками ствола скважины и бетона со стенками скважины. Недостатком известного способа является низкое качество создаваемых уширений сваи вследствие частичного разрушения материала углублений, поскольку отсутствуют какие-либо ограждающие элементы стенок создаваемых уширений и грунт, окружающий уширение, проникает внутрь углубления, образуя впадины, которые при эксплуатации сваи, создают трещины в уширениях, что приводит к снижению их эксплуатационной надежности.A known method of creating broadening piles used in the operation of the device to create broadening of the well by drilling a well, lowering a tubular tip into the well with holes in its walls, pumping into the holes of the washing liquid and erosion of the soil between the planes formed by the jets emerging from the hole of the tip when it rotation, followed by injection into the well and broadening of the concrete mortar (see ed. St. USSR No. 1758163, class E 02 D 5/30, 1992). In the known method, after the formation of the broadening, the tubular tip is removed and the concrete mortar is pumped. The well is lowered into the well, and after concrete is compacted, the broadening joins the walls of the well and concrete with the walls of the well. The disadvantage of this method is the low quality of the created broadening of the pile due to the partial destruction of the material of the recesses, since there are no wall elements of the walls of the created broadening and the soil surrounding the broadening penetrates into the recess, forming depressions, which during operation of the pile, create cracks in the broadening, which leads to reduce their operational reliability.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному является способ созданий уширений сваи путем разработки скважины для столба сваи, выработки грунта в зонах расположения уширений с формированием в стенке скважины углублений, форма которых соответствует форме уширений, и последующего бетонирования скважины и созданных уширений (см. Международная заявка WO №02/48466, кл. E 02 D 5/44, oп. 2002). В известном способе после разработки скважины в нее опускают механический расширитель, звенья которого соединены шарнирно между собой и снабжены ножами для разработки грунта. После вращения механического расширителя вокруг оси скважины образуется углубление, имеющее в поперечном сечении плоскостью, проходящей через ось сваи, форму равностороннего треугольника.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed one is the method of creating pile broadening by developing a well for a pile column, excavating soil in the zones of broadening location with the formation of grooves in the well wall, the shape of which corresponds to the shape of the broadening, and subsequent concreting of the well and the created broadening (see International application WO No. 02/48466, class E 02 D 5/44, op. 2002). In the known method, after the development of the well, a mechanical expander is lowered into it, the links of which are pivotally connected to each other and equipped with knives for excavating. After rotation of the mechanical expander around the axis of the well, a recess is formed having in the cross section of the plane passing through the axis of the pile, the shape of an equilateral triangle.

Недостатком известного способа является низкое качество создаваемых уширений скважины, особенно уширений свай, возводимых в слабых, например песчаных, грунтах. Обрушение стенок уширения при разработке и выемке грунта из уширения приводит к образованию трещин в обьеме уширения после его бетонирования и соответствующему снижению эксплуатационной надежности. Кроме того, при создании уширений известным способом отсутствует возможность оперативного изменения формы и диаметра уширения в зависимости от свойств грунта, в котором располагается создаваемое уширение.The disadvantage of this method is the low quality of the created broadening of the well, especially the broadening of piles, erected in weak, such as sandy soils. The collapse of the walls of the broadening during the development and excavation of soil from the broadening leads to the formation of cracks in the volume of the broadening after concreting it and a corresponding decrease in operational reliability. In addition, when creating broadening in a known manner, there is no possibility of an operative change in the shape and diameter of the broadening depending on the properties of the soil in which the created broadening is located.

Задачами изобретения является повышение качества создаваемых уширений сваи в грунте при одновременном увеличении эксплуатационной надежности этих уширений.The objectives of the invention is to improve the quality of the created broadening piles in the soil while increasing the operational reliability of these broadenings.

Решение указанных задач обеспечивается новым способом создания уширений сваи, в соответствии с которым разрабатывают скважину для ствола сваи, вырабатывают грунт в зонах расположения уширений с формированием в стенке скважины углублений, форма которых соответствует форме уширений, и последующего бетонирования скважины и созданных уширений, при этом дополнительно проводят упрочнение поверхностей каждого углубления в процессе его создания посредством первоначального заглубления в грунт по периметру скважины опорных элементов, располагая их в плоскости, соответствующей верхней поверхности уширения, на расстоянии, препятствующем обрушению грунта в пространство между смежными опорными элементами, и последующего размещения после выработки грунта между нижней поверхностью углубления и опорными элементами распорок с прокладками на их основаниях. При этом предпочтительно перед заглублением в грунт опорных элементов в скважину опускать многоярусную опалубку, каждый ярус которой состоит из щитов с дверцами и пазами; к щитам под пазами крепить направляющие для опорных элементов; опорные элементы выполнять телескопическими; каждый опорный элемент выполнять в виде пластины с направляющими; опорные элементы выполнять с заостренными окончаниями, заглубляемыми в грунт; зоны расположения углублений определять на основе послойного измерения характеристик слоев грунта и последующих расчетов с учетом полученных результатов измерений. В заявленном способе удается значительно повысить качество создаваемых уширений сваи за счет упрочнения их стенок. В соответствии с заявленным способом после разработки скважины для столба сваи в зоне расположения какого-либо уширения в грунт вдавливают опорные элементы, например, имеющие форму трубок или пластин с заостренными окончаниями. Опорные элементы располагают по периметру скважины веерообразно или параллельно друг другу и размещают их в плоскости, соответствующей верхней поверхности уширения. Тем самым формируется свод уширения, препятствующий проникновению грунта, расположенного над опорными элементами, в уширение. При этом расстояние между смежными опорными элементами выбирают из условия препятствия обрушения грунта в пространство между опорными элементами. Это расстояние выбирают либо экспериментально, либо путем соответствующих расчетов с учетом характеристик грунта, в котором располагаются опорные элементы. Обычно это расстояние составляет 5-50 мм. Погружение опорных элементов в грунт осуществляют на глубину, соответствующую вылету уширения, и может составлять несколько метров. После выработки грунта в какой-либо зоне уширения между опорными элементами и нижней поверхностью разработанного углубления размещают распорку. При этом на каждом окончании распорки располагают прокладку, поверхность каждой из которых значительно превышает площадь поперечного сечения распорки. Например, прокладка может быть выполнена в форме прямоугольника размером 100×120 мм, изготовленного из доски толщиной 30 мм. Распорки предпочтительно располагать равномерно по верхней поверхности уширения при расстоянии между смежными распорками в пределах 400-500 мм. Это позволяет распределить нагрузку, приходящуюся на распорку, на большую поверхность. Прокладки выполняют из жесткого материала, например, в виде листов из нержавеющей стали толщиной 2-3 мм или из отрезков доски толщиной 20-40 мм. На верхние прокладки обычно опирается несколько опорных элементов, а нижняя прокладка препятствует проникновению распорки в грунт. Для более надежной опоры распорок на нижнюю поверхность уширения на ней предпочтительно размещать армирующие элементы, выполненные, например, в виде стержней диаметром 15-25 мм, изготовленных из стали марки А500С. Для более надежной фиксации распорки относительно прокладки в центральной зоне последней может быть выполнено углубление, диаметр которого незначительно превышает диаметр распорки. Совокупность распорок с опорными элементами препятствует проникновению грунта в полость углубления, что повышает эксплуатационную надежность создаваемых уширений сваи. Кроме того, опорные элементы и распорки, после того как углубления заполняют раствором бетона и он затвердевает, выполняют функции армирующих элементов в уширениях и тем самым дополнительно увеличивают эксплуатационную надежность создаваемых уширений сваи. Предпочтительно перед заглублением в грунт опорных элементов опускать в скважину столба сваи многоярусную опалубку, каждый ярус которой состоит из щитов с дверцами и пазами. Дверцы в щитах используют для извлечения грунта, вырабатываемого из углубления, а пазы при достаточной толщине щита могут выполнять функции направляющих для опорных элементов. При этом щиты препятствуют обрушению стенки скважины. Выполнение опорных элементов телескопическими особенно выгодно при значительных диаметрах уширения (от 2 до 5 метров). При использовании опалубки упрощается процесс изготовления направляющих для опорных элементов, которые крепятся под пазами. Для облегчения заглубления опорных элементов в грунт их выполняют с заостренными окончаниями, например, при трубчатой форме опорного элемента заостренное окончание изготавливают в виде конуса. Ускорение заглубления опорных элементов в грунт может быть достигнуто при выполнении опорных элементов в виде пластин с заостренными кромками, погружаемыми в грунт. При этом направляющие пластин, например, выступы по боковым поверхностям пластины, обеспечивают прямолинейное расположение последовательно расположенных пластин. Зоны расположения уширений по высоте столба сваи предпочтительно рассчитывать с учетом результатов послойного измерения характеристик грунта, в котором возводят сваю. Повышению производительности процесса создания уширений сваи способствует применение устройств малой механизации. Например, заглубление опорных элементов в грунт может осуществляться с применением вибромолотов марки ВП или ВПП или вибропогружателей. Выемка разрабатываемого грунта из уширения ускоряется за счет использования ударного долота, подключенного к источнику сжатого воздуха, или применения шнекового бура. Бетонирование уширений и ствола сваи проводят обычно с использованием бетонолитной трубы, при этом следует применять бетон марки не ниже 200.The solution of these problems is provided by a new method of creating pile broadening, in accordance with which a well is developed for the pile shaft, soil is excavated in the zones of broadening with the formation of grooves in the wall of the well, the shape of which corresponds to the shape of the broadening, and subsequent concreting of the well and the created broadening, in addition hardening of the surfaces of each recess is carried out in the process of its creation by means of initial deepening in the soil along the perimeter of the well of support elements, located laying them in a plane corresponding to the upper surface of the broadening, at a distance that prevents the collapse of the soil into the space between adjacent supporting elements, and subsequent placement after excavation between the lower surface of the recess and the supporting elements of the struts with spacers on their bases. In this case, it is preferable to lower the multi-tier formwork, each tier of which consists of shields with doors and grooves, before deepening the support elements into the soil into the well; fasten guides for supporting elements to the boards under the grooves; supporting elements perform telescopic; each supporting element is in the form of a plate with guides; supporting elements to carry out with pointed ends buried in the ground; determine the location zones of the recesses on the basis of layer-by-layer measurements of the characteristics of the soil layers and subsequent calculations, taking into account the obtained measurement results. In the claimed method, it is possible to significantly improve the quality of the created broadening piles due to the hardening of their walls. In accordance with the claimed method, after developing a well for a pile column, support elements, for example, in the form of tubes or plates with pointed ends, are pressed into the ground in the area where any broadening is located. Supporting elements are arranged along the perimeter of the well fan-shaped or parallel to each other and place them in a plane corresponding to the upper surface of the broadening. Thus, a broadening arch is formed, which prevents the penetration of the soil located above the supporting elements into the broadening. In this case, the distance between adjacent supporting elements is selected from the condition of the obstacle to collapse of the soil into the space between the supporting elements. This distance is chosen either experimentally or by appropriate calculations taking into account the characteristics of the soil in which the supporting elements are located. Usually this distance is 5-50 mm. Immersion of the supporting elements in the soil is carried out to a depth corresponding to the extension broadening, and can be several meters. After the excavation of the soil in any broadening zone, a spacer is placed between the supporting elements and the lower surface of the developed recess. At the same time, a gasket is located at each end of the spacer, the surface of each of which significantly exceeds the cross-sectional area of the spacer. For example, the gasket can be made in the form of a rectangle with a size of 100 × 120 mm, made of a board 30 mm thick. The spacers are preferably placed evenly on the upper surface of the broadening with a distance between adjacent spacers within 400-500 mm. This allows you to distribute the load per spacer to a large surface. Gaskets are made of hard material, for example, in the form of sheets of stainless steel with a thickness of 2-3 mm or from sections of a board 20-40 mm thick. Several support elements are usually supported on the upper gaskets, and the lower gasket prevents the spacers from penetrating the ground. For a more reliable support of the spacers on the lower broadening surface, it is preferable to place reinforcing elements on it, made, for example, in the form of rods with a diameter of 15-25 mm, made of steel grade A500C. For more reliable fixation of the spacer relative to the spacer in the central zone of the latter, a recess may be made whose diameter slightly exceeds the spacer diameter. The combination of spacers with supporting elements prevents the penetration of soil into the cavity of the recess, which increases the operational reliability of the created broadening piles. In addition, the supporting elements and spacers, after the recesses are filled with concrete mortar and it hardens, perform the functions of reinforcing elements in the broadening and thereby additionally increase the operational reliability of the created pile broadening. It is preferable before lowering the support elements into the ground to lower the pile formwork into the well of the column pillar, each tier of which consists of panels with doors and grooves. The doors in the shields are used to extract the soil produced from the recess, and the grooves with sufficient thickness of the shield can serve as guides for the supporting elements. In this case, the shields prevent the collapse of the borehole wall. The implementation of the telescopic support elements is especially advantageous with significant broadening diameters (from 2 to 5 meters). Using formwork simplifies the process of manufacturing guides for supporting elements that are mounted under the grooves. To facilitate the deepening of the support elements into the ground, they are carried out with pointed ends, for example, with the tubular shape of the supporting element, the pointed end is made in the form of a cone. The acceleration of the deepening of the supporting elements into the ground can be achieved by performing the supporting elements in the form of plates with pointed edges immersed in the ground. In this case, the guide plates, for example, protrusions on the lateral surfaces of the plate, provide a rectilinear arrangement of successively arranged plates. The location of the broadening along the height of the pile column is preferably calculated taking into account the results of layer-by-layer measurements of the characteristics of the soil in which the pile is being built. The use of small-scale mechanization devices helps to increase the productivity of the process of creating broadening piles. For example, the deepening of support elements into the ground can be carried out using vibratory hammers of the VP or runway brand or vibration dampers. Excavation of the developed soil from broadening is accelerated through the use of a shock bit connected to a source of compressed air, or the use of auger drill. Concreting of the broadening and the pile shaft is usually carried out using a concrete pipe, while concrete of at least 200 grade should be used.

Пример реализации заявленного способа создания уширений сваи. Возведение свай с уширениями проводилось на пересечении улиц Тропарева и Никулинской в г. Москве над существующими подземными сооружениями. Сваи располагались на расстоянии 40 м друг от друга и имели глубину стволов 10,5 м. После разработки ствола какой-либо сваи диаметром 2,2 м проводилось послойное измерение характеристик грунта, в котором располагался ствол сваи, и осуществлялось определение месторасположений уширений вдоль ствола сваи с использованием соответствующих расчетов.An example implementation of the claimed method of creating broadening piles. The construction of piles with broadening was carried out at the intersection of Troparev and Nikulinskaya streets in Moscow over the existing underground structures. The piles were located at a distance of 40 m from each other and had a trunk depth of 10.5 m. After developing a trunk of a pile with a diameter of 2.2 m, layer-by-layer measurements of soil characteristics were carried out, in which the pile shaft was located, and the location of broadening along the pile shaft was determined using appropriate calculations.

Уширения начинали создавать, начиная с нижнего, выполняющего функции подпятника. Уширение выполнялось с вылетом величиной 1,5 м, верхняя поверхность которого располагалась перпендикулярно оси ствола, а нижняя поверхность уширения размещалась под углом 45 градусов к оси ствола, что превышает угол внутреннего трения грунта. Заглубление в грунт веерообразно располагаемых опорных стержней проводили с использованием виброромолота марки ВП. После заглубления опорных элементов проводили разработку грунта под ними с использованием ударного долота. Подъем вырабатываемого грунта на поверхность проводили с использованием бадьи, прикрепленной к канату, наматываемому на катушку. После размещения на нижней поверхности уширения армирующих стержней диаметром 25 мм в зоне уширения, из которой выработан грунт, размещали распорку с прокладками на концах в виде участков доски толщиной 30 мм, имеющих форму прямоугольников, каждый из которых имел размер 100×120 мм. После того как была проведена разработка грунта под всеми опорными элементами и размещались распорки равномерно под всей верхней поверхностью уширения с соответствующими прокладками, завершался первый этап создания нижнего уширения. Создание вышерасположенных уширений проводилось по технологии, аналогичной той, которая использовалась при осуществлении первого этапа создания нижнего уширения. По завершении создания всех уширений проводили бетонирование ствола сваи и созданных уширений с использованием бетонолитной трубы, при этом применялся бетон марки 200.Extensions began to be created, starting from the bottom, which serves as a thrust bearing. The broadening was carried out with a reach of 1.5 m, the upper surface of which was perpendicular to the axis of the trunk, and the lower surface of the broadening was placed at an angle of 45 degrees to the axis of the trunk, which exceeds the angle of internal friction of the soil. The deepening of the fan-shaped supporting rods into the ground was carried out using a VP brand vibratory hammer. After deepening the support elements, soil development was carried out under them using a shock bit. The rise of the produced soil to the surface was carried out using a bucket attached to a rope wound on a reel. After placing reinforcing rods with a diameter of 25 mm on the lower broadening surface in the broadening zone from which the soil was generated, a spacer with spacers at the ends was placed in the form of sections of 30 mm thick boards having the shape of rectangles, each of which had a size of 100 × 120 mm. After the development of the soil was carried out under all the supporting elements and the spacers were placed evenly under the entire upper surface of the broadening with the corresponding gaskets, the first stage of creating the lower broadening was completed. The creation of the above broadening was carried out using a technology similar to that used in the first stage of creating the lower broadening. Upon completion of the creation of all the broadening, the pile shaft and the created broadening were concreted using a concrete pipe, and brand 200 concrete was used.

Испытания заявленного способа изготовления уширений сваи показали, что создаваемые уширения, размещенные вдоль ствола сваи, обладают высоким качеством. На поверхностях создаваемых уширений отсутствовали какие-либо трещины, что одновременно способствовало повышению эксплуатационной надежности создаваемых уширений. Кроме того, наличие в уширениях опорных элементов и распорок также способствует повышению эксплуатационной надежности, поскольку эти детали уширений при эксплуатации сваи выполняют функции армирующих элементов. Еще одним преимуществом заявленного способа создания уширений сваи является широкий диапазон форм и диаметров уширений сваи.Tests of the inventive method for the manufacture of pile broadening showed that the created broadening, placed along the pile shaft, are of high quality. There were no cracks on the surfaces of the created broadening, which simultaneously contributed to an increase in the operational reliability of the created broadening. In addition, the presence of support elements and struts in the broadening also contributes to an increase in operational reliability, since these broadening parts during the operation of the piles serve as reinforcing elements. Another advantage of the claimed method for creating pile broadening is a wide range of shapes and diameters of pile broadening.

Claims

1. A method of creating pile broadening by developing a well for a pile shaft, excavating soil in the zones of broadening with the formation of recesses in the well wall, the shape of which corresponds to the shape of the broadening, and subsequent concreting of the well and the created broadening, characterized in that it further hardens the surfaces of each recess in the process of its creation by means of initial deepening in the soil along the perimeter of the well of the support elements, placing them in a plane corresponding to the upper surface broadening, at a distance that prevents the collapse of the soil into the space between adjacent supporting elements, and subsequent placement after placement of the soil between the lower surface of the recess and the supporting elements of the struts with gaskets on their bases.

2. The method according to claim 1, characterized in that before deepening the support elements into the ground, a multilevel formwork is lowered into the well, each tier of which consists of shields with doors and grooves.

3. The method according to claim 2, characterized in that guides for supporting elements are attached to the boards under the grooves.

4. The method according to claim 1, characterized in that the supporting elements are telescopic.

5. The method according to claim 1, characterized in that each supporting element is made in the form of a plate with guides.

6. The method according to claim 1, characterized in that the supporting elements are performed with pointed ends buried in the ground.

7. The method according to claim 1, characterized in that the location zones of the recesses are determined on the basis of layer-by-layer measurement of the characteristics of the soil layers and subsequent calculations of the zones, taking into account the obtained measurement results.