RU2679172C1

RU2679172C1 - Cast-in-place pile manufacturing method and a device for its implementation

Info

Publication number: RU2679172C1
Application number: RU2017139682A
Authority: RU
Inventors: Леонид Михайлович Борозенец; Екатерина Андреевна Ушакова
Priority date: 2017-11-14
Filing date: 2017-11-14
Publication date: 2019-02-06

Abstract

FIELD: construction.SUBSTANCE: invention relates to the construction, in particular, to the single soil-constructive stuffed tube-filled piles construction for the industrial and civil buildings and structures pile foundations construction. Stuffed tubular pile manufacturing method includes the well formation in the ground, the reinforcement cage placement therein, the open at the ends hollow element installation, which diameter is smaller than the well diameter by the pile wall thickness, dry concrete mixture supplying to the space between the well wall and the hollow element, and the draining material simultaneous laying, the dry concrete mixture, the draining material and the soil compaction, removing the hollow element from the well, the draining material and the dry concrete mixture water saturation. In order to increase the pile production productivity and enable the surrounding the cone and pile shaft foundation soil maximum bearing capacity, into space, between the well wall and the forming column pipe, placing the dry concrete mixture, and at the same time, the drainage material to the pipe cavity and the working body conical socket to the pile shaft entire height until the well mouth. Removing the forming column from the well at the design height, at that, performing the dry concrete mixture compaction by the working body conical socket, with its help, performing the additional well soil displacement and the foundation soil compaction with the soil maximum stress and its compacted draining material preservation preliminary limiting equilibria state five zones formation therein. Disconnecting the elementary section from the column pipe and from the hydraulic cylinder, adding the draining material additional portion into the two elementary sections free cavities, connecting the hydraulic cylinder with the column pipe, lifting it to the design height, then the pile to the wellhead manufacturing process is performed by the above-mentioned operations repetition. After the pile tubular shell is concrete hardening, performing the its head formwork shaping, with the pourable consistence concrete mixture placement therein.EFFECT: technical result consists in provision of the stuffed composite soil-constructive tubular-filled pile new interactions with the previously extremely ground-stressed bearing foundation, increase in the foundation quality, reliability, bearing capacity, technical and economic efficiency and competitive ability.2 cl, 4 dwg

Description

Группа изобретений относится к строительству, в частности, к возведению одиночных грунтово-конструктивных набивных трубчато-заполненных свай для строительства свайных фундаментов промышленных и гражданских зданий и сооружений.The group of inventions relates to the construction, in particular, to the construction of single soil-structural stuffed tube-filled piles for the construction of pile foundations of industrial and civil buildings.

Известны способ изготовления набивной трубчатой сваи и устройство для его осуществления, включающих образование в грунте скважины, размещение в ней уплотняющего открытого по торцам полого элемента, диаметр которого меньше диаметра скважины на толщину стенки трубчатой сваи, подачу бетонной смеси в пространство между стенками скважины и полым элементом с ее уплотнением и с одновременной укладкой дренирующего материала в полость элемента и извлечением его из скважины (см. патент Японии №37-16119, кл. 86АЗ, 1962). Недостатком способа и устройства для его реализации является обеспечение уплотнением бетонной смеси незначительного напряжения обжатия ствола сваи окружающим его грунтом по экспериментальным и расчетным данным, примерно, до σ_1-2=60 кПа при физически максимально возможном предельном напряжении грунта основания сваи σ_1-5 равным, примерно, 300 кПа, где σ_1-5 - максимальные напряжения пяти зон состояний предельных равновесий грунта (см. Борозенец, Л.М. Геотехника фундаментостроения и грунтоустойчивости: монография / Л.М. Борозенец. - Тольятти,: ТГУ, 2015. - 588 с.).A known method of manufacturing a stuffed tubular pile and a device for its implementation, including the formation of a well in the ground, the placement of a sealing open at the ends of the hollow element, the diameter of which is less than the diameter of the well by the wall thickness of the tubular pile, the supply of concrete mixture into the space between the walls of the well and the hollow element with its compaction and with the simultaneous laying of the draining material in the cavity of the element and removing it from the well (see Japan patent No. 37-16119, class 86AZ, 1962). The disadvantage of the method and device for its implementation is to ensure that the concrete mixture is compacted with an insignificant reduction in the compression of the pile shaft by the soil surrounding it according to experimental and calculated data, up to approximately σ _1-2 = 60 kPa with the physically maximum possible ultimate stress of the soil of the base of the pile σ _1-5 equal to approximately 300 kPa, where σ _1-5 - maximum stress zones five states equilibria limit of lot (see Borozenets, LM Geotechnical and foundation engineering gruntoustoychivosti: monograph / LM Borozenets - Togliatti ,: TG.. , 2015. - 588 c)..

Наиболее близким техническим решением является способ возведения набивной трубчатой сваи, включающий: образование в грунте скважины; установку в нее открытого по торцам полого элемента диаметром меньше диаметра скважины на толщину засыпного слоя сухой бетонной смеси стенки ствола трубчатой сваи с коническим расширителем для уплотнения и формующим цилиндром в его нижней части, диаметр которого меньше диаметра скважины на толщину стенки трубчатой сваи; осуществляют засыпку в забой скважины слоя сухой бетонной смеси для закрытия нижнего торца трубчатой сваи и подачу ее в пространство между стенками скважины и полым элементом с одновременным заполнением дренирующим материалом полости элемента и извлечение его из скважины; при этом укладку сухой бетонной смеси и дренирующего материала производят по глубине скважины порциями; после укладки каждой порции внутри полого элемента в пространстве камеры над дренирующим материалом размещают заряд взрывчатого вещества и герметизируют верхний торец полого элемента; уплотнение сухой бетонной смеси коническим расширителем и формирование трубчатого ствола сваи цилиндрическим нижним концом полого элемента, а также извлечение его производят посредством взрыва заряда; после укладки сухой бетонной смеси до устья скважины осуществляют ее увлажнение путем подачи воды в дренирующий материал, (см. Авторское свидетельство на изобретение SU №1045652 А МПК E02D 27/10, E02D 5/38, 1981 «Способ возведения набивной трубчатой сваи»; автора Борозенец Л.М.; заявка: 3301603/29-33, 10.04.1981), принят за прототип.The closest technical solution is the method of construction of a stuffed tubular pile, including: the formation in the soil of the well; installation in it of an open at the ends of a hollow element with a diameter less than the diameter of the well by the thickness of the fill layer of the dry concrete mixture of the wall of the barrel of the tubular pile with a conical expander for sealing and a forming cylinder in its lower part, the diameter of which is smaller than the diameter of the well by the wall thickness of the tubular pile; filling the bottom of the well with a layer of dry concrete mixture to close the lower end of the tubular pile and feeding it into the space between the walls of the well and the hollow element while filling the element cavity with drainage material and removing it from the well; while laying dry concrete mix and drainage material is carried out in portions of the depth of the well; after laying each portion inside the hollow element in the chamber space above the draining material, an explosive charge is placed and the upper end face of the hollow element is sealed; compaction of the dry concrete mixture with a conical expander and the formation of the tubular pile shaft with the cylindrical lower end of the hollow element, as well as its extraction, is carried out by means of a charge explosion; after laying the dry concrete mixture to the wellhead, it is humidified by supplying water to the drainage material, (see Copyright certificate for the invention SU No. 1045652 A IPC E02D 27/10, E02D 5/38, 1981 “Method for the construction of a stuffed tubular pile”; Borozenets L.M .; application: 3301603 / 29-33, 04/10/1981), adopted as a prototype.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относят то, что уложенный в забое скважины слой бетона жестко закрывает нижний торец трубчатой сваи и исключает дренирующий материал из работы на сжатие совместно с трубчатым стволом сваи; способ требует значительных временных и трудовых затрат, связанных с пооперационной последовательной засыпкой дозированных порций сухой бетонной смеси и дренирующего материала; создание уплотнением сухой бетонной смеси, дренирующего материала и окружающего ствол сваи грунта напряжения, примерно, σ_1-3=120 кПа при физически максимально возможном предельном напряжении грунта основания сваи σ_1-5 равным около 360 кПа.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known method adopted for the prototype include the fact that the concrete layer laid in the bottom of the well rigidly closes the bottom end of the tubular pile and excludes the drainage material from the compression work together with the tubular pile shaft; the method requires significant time and labor costs associated with the operational sequential filling of dosed portions of dry concrete mix and drainage material; compaction of a dry concrete mixture, a draining material and the surrounding soil pile trunk with a voltage of approximately σ _1-3 = 120 kPa with the physically maximum ultimate stress of the soil of the base of the pile σ _1-5 equal to about 360 kPa.

Известно устройство для осуществления способа, включающее: полый элемент с открытыми торцами диаметром меньше диаметра скважины на толщину засыпного слоя сухой бетонной смеси с коническим раструбом для уплотнения и формующим цилиндром в его нижней части, рабочий диаметр которого меньше диаметра скважины на толщину стенки ствола трубчатой сваи; камеру взрывания заряда взрывчатого вещества и затвор-зарядоноситель для герметизации верхнего открытого торца полого элемента (см. Авторское свидетельство на изобретение SU №1045652 А МПК E02D 27/10, E02D 5/38, 1981 «Способ возведения набивной трубчатой сваи»; автора Борозенец Л.М.; заявка: 3301603/29-33, 10.04.1981), принято за прототип.A known device for implementing the method, comprising: a hollow element with open ends with a diameter less than the diameter of the borehole by the thickness of the fill layer of the dry concrete mixture with a conical bell for compaction and a forming cylinder in its lower part, the working diameter of which is less than the diameter of the borehole by the wall thickness of the tubular pile; explosive charge chamber and bolt-carrier for sealing the upper open end of the hollow element (see Copyright certificate for the invention SU No. 1045652 A IPC E02D 27/10, E02D 5/38, 1981 “Method for the construction of a stuffed tubular pile”; author Borozenets L .M .; application: 3301603 / 29-33, 04/10/1981), taken as a prototype.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относят то, что геометрические параметры полого элемента и формующего ствол трубчатой сваи цилиндра в его нижнем торце не предусмотрены для достижения физически максимально возможного предварительного предельного напряжения окружающего ствол трубчатой сваи грунта, например, до σ_1-5=360 кПа путем дополнительного увеличения диаметра скважины до расчетного значения при помощи механического ее грунтовытеснения и уплотнения окружающего грунта посредством сжимаемой сухой бетонной смеси.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known device adopted for the prototype include the fact that the geometrical parameters of the hollow element and the barrel forming the tubular pile of the cylinder in its lower end are not provided to achieve the physically maximum possible preliminary ultimate stress surrounding the trunk of the tubular pile soil, for example, up to σ _1-5 = 360 kPa by additionally increasing the diameter of the well to the calculated value using its mechanical gr ousting and compaction of the surrounding soil with a compressible dry concrete mixture.

Сущность изобретения заключается в следующем. Заявляемая группа изобретений направлена на решение задачи - внедрение в строительное производство набивных составных грунтово-конструктивных трубчато-заполненных свай, реализующих физически максимально возможную несущую способность грунтов их оснований, состоящих из несущего грунтового строительного элемента сваи - грунтоуплотненного ядра в виде кругового конуса, формируемого грунтовытесняющим статическим воздействием давления формующей колонны дренирующего материала и торца трубы ствола сваи; из несущего конструктивного строительного элемента сваи плотно сопряженного ее нижним торцом с основанием кругового конуса уплотненного ядра грунта, включающего железобетонную трубчатую оболочку ствола сваи, дренирующий материал, размещенный в полости оболочки и оголовок сваи.The invention consists in the following. The claimed group of inventions is aimed at solving the problem - the introduction into the construction industry of printed composite composite soil-structural tubular-filled piles that realize the physically maximum possible bearing capacity of the soil of their foundations, consisting of a bearing soil building element of the pile - a soil compacted core in the form of a circular cone formed by static displacing soil the pressure of the forming column of the drainage material and the end of the pipe of the pile shaft; from a bearing structural building element of the pile tightly conjugated by its lower end with the base of the circular cone of a compacted soil core, including a reinforced concrete tubular shell of the pile shaft, drainage material placed in the cavity of the shell and the pile head.

Технический результат - осуществление новых условий взаимодействия сухой бетонной смеси с грунтом, окружающим исходную скважину, дренирующего материла с сухой бетонной смесью, уложенных на всю глубину скважины от ее устья; рабочего органа конусно-цилиндрического формы, элементарных секций трубы и секции гидроцилиндра, жестко связываемых между собой с помощью быстроразъемного соединения в формующую колонну; грузоподъемного крана и гидроцилиндра одновременно извлекающих формующую колонну с одинаковой заданной скоростью; скорость движения штока гидроцилиндра в процесс уплотнения дренирующей смеси в два раза превышает скорость подъема корпуса гидроцилиндра, при этом шток гидроцилиндра опускается вниз на длину двух элементарных секций трубы, а корпус одновременно поднимается вверх на длину одной элементарной секции; созданного грунтовытеснением несущего грунтового строительного элемента сваи с его качественно-улучшенным уплотнением грунтовым основанием; дренирующего материала с внутренней поверхностью трубчатой железобетонной оболочки ствола сваи и с ее оголовком под действием сжатия контактным давлением отпора грунта через открытый нижний торец оболочки; боковой поверхности кругового конуса и ствола сваи с предварительно предельно-напряженными зонами пяти состояний предельных равновесий окружающего и обжимающего грунта; реализация вышеуказанных взаимодействий значительно повысит устойчивость, несущую способность, качество, надежность, технико-экономическую эффективность и конкурентную способность набивной составной грунтово-конструктивной трубчато-заполненной сваи.EFFECT: implementation of new conditions for the interaction of dry concrete mix with soil surrounding the original well, draining material with dry concrete mix laid to the entire depth of the well from its mouth; a cone-cylindrical working body, elementary pipe sections and hydraulic cylinder sections rigidly connected to each other by means of a quick-disconnect connection into a forming column; a crane and a hydraulic cylinder simultaneously extracting the forming column at the same predetermined speed; the speed of the hydraulic cylinder rod in the process of compaction of the drainage mixture is two times higher than the lifting speed of the hydraulic cylinder body, while the hydraulic cylinder rod drops down to the length of two elementary pipe sections, and the body simultaneously rises up to the length of one elementary section; created by soil displacement of the bearing soil construction element of the pile with its qualitatively improved compaction of the soil base; drainage material with the inner surface of the tubular reinforced concrete shell of the pile shaft and with its head under compression by contact pressure of soil repulsion through the open lower end of the shell; the lateral surface of the circular cone and the pile shaft with preliminarily extremely stressed zones of five states of limiting equilibria of the surrounding and compressing soil; the implementation of the above interactions will significantly increase the stability, bearing capacity, quality, reliability, technical and economic efficiency and competitive ability of the printed composite soil-structural tubular-filled piles.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту-способу достигается тем, что составную сваю возводят из несущих грунтового и конструктивного строительных элементов, грунтовый строительный элемент, или уплотненное ядро грунта, формируется в виде перевернутого кругового конуса статическим грунтовытесняющим давлением собственного веса формующей колонны, столба дренирующего материала, заполняющего полость трубы формующей колонны, трубчатой оболочки ствола сваи и дополнительным принудительным давлением ее уплотнения от действия штока гидроцилиндра, при этом вокруг конуса образуется пять зон 1…5 состояний предельных равновесий, имеющих предварительные максимальные напряжения от значений σ₁=τ₁ до σ₅=τ₅, которые суммарно действуют на боковую поверхность конуса в значениях Σσ_i=σ_1-5, и Στ_i=τ_1-5 причем значения σ_1-5=τ_1-5, таким образом круговой конус определяет несущую способность нижнего конца сваи F_d=А_б.п.τ_1-5, и проявляет контактный отпор грунтового основания конуса σ_q=F_d/А_н.к., который сжимает столб дренирующего материала и железобетона трубчатого ствола по длине сваи до ее оголовка раздельно; конструктивный элемент включает железобетонную трубчатую оболочку и дренирующий материал-заполнитель, трубчатую оболочку выполняют после опускания в подготовленную исходную скважину диаметром D_C1 с концентричным расположением арматурного каркаса и формующей колонны, предварительно смонтированной из цилиндро-конического раструба рабочего органа и элементарных секций трубы колонны, засыпкой сухой бетонной смеси между стенкой скважины и наружной поверхностью трубы формующей колонны сразу на всю глубину скважины и дренирующего материала в полость колонны также на всю ее длину, наращивают трубу колонны секцией трубы, содержащей внутри гидроцилиндр, с помощью быстроразъемного жесткого соединения стыка, грузоподъемным краном и гидроцилиндром извлекают формующую колонну на высоту h, при этом цилиндро-коническим раструбом рабочего органа производится уплотнение сухой бетонной смеси и грунтовытеснение исходной скважины от диаметра D_C1, до расчетного диаметра D_C, с одновременной переукладкой дренирующего материала в полости трубчатой оболочки диаметром D_d и уплотнением его давлением от собственного веса и штока гидроцилиндра, равного силе подъема его корпуса, в верхней части колонны штоком гидроцилиндра дренирующий материал продавливается из двух элементарных секций на глубину 2h, отсоединяют одну элементарную секцию, извлеченную из скважины, от трубы колонны и от гидроцилиндра, засыпают дозу дренирующего материала в объем двух пустых элементарных секций до обреза трубы, соединяют в стыке секцию трубы гидроцилиндра с трубой колонны включают извлечение формующей колонны на следующую высоту h, далее операции продолжаются до выхода рабочего органа из скважины, водонасыщают дренирующий материал для пропитки сухой бетонной смеси и последующего ее твердения, после набора прочности бетона оформляют оголовок сваи из литой бетонной смеси для жесткого закрытия верхнего торца трубчатого ствола сваи. По боковой поверхности ствола сваи на длине

действуют также, как и на корпус, предварительные максимальные напряжения σ_1-5=τ_1-5 обжатия пяти зон 1…5 состояний предельных равновесий, а на глубину

напряжения изменяются от σ_d до σ_1-5=τ_1-5, таким образом, произведения значений указанных напряжений на соответствующие площади боковой поверхности ствола сваи и кругового конуса определяют физически максимально возможную несущую способность ее грунтоуплотненного основания.The specified single technical result in the implementation of the group of inventions for the object-method is achieved by the fact that the composite pile is erected from bearing soil and structural building elements, the soil building element, or a compacted soil core, is formed in the form of an inverted circular cone by static soil displacing pressure of the own weight of the forming column, a column of drainage material filling the cavity of the pipe of the forming column, the tubular shell of the pile shaft and additional forced by augmentation of its compaction from the action of the hydraulic cylinder rod, five zones of 1 ... 5 states of limiting equilibria are formed around the cone, having preliminary maximum stresses from σ ₁ = τ ₁ to σ ₅ = τ ₅ , which in total act on the side surface of the cone in Σσ _i = σ _1-5 , and Στ _i = τ _1-5 and the values of σ _1-5 = τ _1-5 , so the circular cone determines the bearing capacity of the lower end of the pile F _d = A _bp τ _1-5 , and exhibits contact resistance of the soil base of the cone σ _q = F _d / A _n.k. which compresses the column of drainage material and reinforced concrete of the tubular trunk along the length of the pile to its head separately; the structural element includes a reinforced concrete tubular shell and a draining aggregate material, the tubular shell is performed after lowering into a prepared initial well with a diameter of D _C1 with a concentric arrangement of the reinforcing cage and the forming column pre-assembled from a cylinder-conical socket of the working body and elementary sections of the column pipe, filled with dry concrete mixture between the wall of the well and the outer surface of the pipe forming column immediately to the entire depth of the well and the draining material In the cavity of the column, also over its entire length, the pipe of the column is expanded with a pipe section containing the hydraulic cylinder inside, using a quick-disconnect rigid joint of the joint, a forming column is removed by a crane and a hydraulic cylinder to a height h, while the dry concrete is compacted with a conical bell-shaped working socket mixture and gruntovytesnenie initial borehole diameter from D _C1, to the calculated diameter D _C, with simultaneous repack draining material in the cavity of the tubular shell diameter _D d and seals by its pressure from the dead weight and the hydraulic cylinder rod, equal to the lifting force of its body, in the upper part of the column the hydraulic cylinder rod is drained from two elementary sections to a depth of 2h, one elementary section is removed from the well, from the pipe of the column and from the hydraulic cylinder, it is filled the dose of the draining material into the volume of two empty elementary sections before the pipe is cut, connect at the junction of the section of the pipe of the hydraulic cylinder with the pipe of the column include removing the forming column to the next height h, then about operations continue until the working body leaves the well, water saturates the drainage material for impregnation of the dry concrete mixture and its subsequent hardening; after the concrete has set strength, the pile head is formed from the cast concrete mixture for rigidly closing the upper end of the tubular pile shaft. On the lateral surface of the pile shaft along the length

act as well as on the body, the preliminary maximum stresses σ _1-5 = τ _1-5 compression of five zones 1 ... 5 of the state of limiting equilibria, and to a depth

stresses vary from σ _d to σ _1-5 = τ _1-5 , thus, the product of the values of these stresses on the corresponding area of the side surface of the pile shaft and the circular cone determine the physically maximum possible bearing capacity of its soil-compacted base.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту-устройству достигается тем, что формующая колонна состоит из рабочего органа, набора элементарных секций и гидроцилиндра, рабочий орган включает отрезок трубы колонны диаметром D₁, снабженный быстроразъемным соединением в виде одного витка прямоугольной резьбы сечением 10(h) × 20(b) мм, раструб уплотнения в виде усеченного конуса и отрезок формующего цилиндра диаметром D_d, элементарная секция принята длиной h равной высоте извлечения рабочего органа за одну операцию и снабжена по торцам элементарными быстроразъемного соединения, диаметр D₁ секции принят меньше диаметра D_d формующего цилиндра на значение расчетной разности D_C и D_C1, секция трубы для размещения гидроцилиндра содержит петлю для подвески на кран и в нижнем торце элемент быстроразъемного соединения, корпус гидроцилиндра жестко соединен с трубой в ее верхнем закрытом торце, длина рабочего хода штока гидроцилиндра принята равной 3h из расчета подъема корпуса гидроцилиндра с трубой на отрезок h относительно уровня дневной поверхности грунта и выхода штока из гидроцилиндра на 2h для уплотнения дренирующего материала, при этом скорость извлечения формующей колонны краном и корпусом гидроцилиндра принимаются равными по величине, а скорость перемещения штока гидроцилиндра в два раза превышает скорость его корпуса.The specified single technical result in the implementation of the group of inventions for the object device is achieved by the fact that the forming column consists of a working body, a set of elementary sections and a hydraulic cylinder, the working body includes a pipe section of a column with a diameter of D ₁ , equipped with a quick connection in the form of a single turn of rectangular thread with a cross section of 10 (h) × 20 (b) mm, a trumpet-shaped seal bell and a segment of a forming cylinder with a diameter D _d , the elementary section is taken to be a length h equal to the height of the working body extraction for one operation and is equipped with elementary quick disconnect ends at the ends, the diameter D _{1 of the} section is less than the diameter D _{d of the} forming cylinder by the value of the calculated difference D _C and D _C1 , the pipe section for accommodating the hydraulic cylinder contains a loop for suspension on the crane and at the bottom end the quick disconnect element the hydraulic cylinder body is rigidly connected to the pipe in its upper closed end, the stroke length of the hydraulic cylinder rod is taken to be 3h based on the calculation of the lifting of the hydraulic cylinder housing with the pipe by segment h relative to the daily rhnosti ground rod and exit from the cylinder at 2h for sealing the draining material, the recovery rate of the column forming tap and the casing of the hydraulic cylinder are assumed equal in magnitude and speed of the cylinder rod is twice the rate of its housing.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков, перечисленных выше, и вышеуказанным техническим результатом. Образование под нижним торцом сваи давлением собственного веса столба дренирующего материала, формующей колонны и сухой бетонной смеси и давлением штока гидроцилиндра грунтоуплотненного ядра в виде кругового конуса, с углом при вершине равным значению двум углам внутреннего трения грунта ϕ, и формование круговым конусом наибольших напряжений σ_1-5=τ_1-5 пяти зон состояний предельных равновесий 1…5 окружающих его боковую поверхность, обусловливают его физически максимально возможную несущую способность, поэтому названным присоединенным к нижнему торцу сваи, ее несущим строительным грунтовым элементом. Укладка сухой бетонной смеси между стенками исходной скважины и колонны, дренирующего материала в полостях рабочего органа и трубы колонны одновременно на всю глубину скважины и длину колонны способствует сокращению временных и трудовых затрат. Уплотнение сухой бетонной смеси с дополнительным грунтовытеснением исходной скважины до размера расчетной скважины и одновременной переукладкой и уплотнением дренирующего материала, заполняющего объем полости трубы колонны и рабочего органа давлением собственного веса его столба и штока гидроцилиндра с фиксацией и сохранением предварительно сформированных максимальных по значению напряжений в пяти зонах состояний предельных равновесий грунта окружающего ствол сваи, обеспечивает достижение физически максимально возможной несущей способности грунтоуплотненного таким образом основания по боковой поверхности ствола сваи. Уменьшение длины трубы колонны, извлекаемой из скважины, удалением элементарных секций, укладка дополнительной дозы дренирующего материала в объем двух освобождаемых от него штоком гидроцилиндра элементарных секций и жесткое закрытие верхнего торца трубы колонны ее секцией с гидроцилиндром повышают производительность изготовления сваи. Повышение предельным уплотнением сухой бетонной смеси монолитности и плотности бетона трубчатого ствола сваи исключением присутствия пузырьков воздуха в нем, как концентраторов напряжений, его качества и прочности, следовательно, уменьшения расхода бетона. Применение открытого торца трубчатого ствола сваи позволяет включить его в раздельную работу на сжатие наряду со столбом дренирующего материала, что уменьшает расход бетона на трубчатый ствол сваи. Устройство в виде грузоподъемного крана и составной формующей колонны, включающей рабочий орган, элементарные секции трубы и секцию трубы для гидроцилиндра, объединяемых друг с другом при помощи быстроразъемных резьбовых элементов соединения, позволяющих оперативно уменьшать длину колонны при извлечении ее из скважины, что обеспечивает простоту его работы и повышает производительность. Разность размеров радиусов основания конуса R_d и его усечения R₁ рабочего органа равняется значению дополнительного грунтовытеснения исходной скважины от D_C1 до D_C, что осуществляет при извлечении формующей колонны уплотнение сухой бетонной смеси, дополнительное грунтовытеснение скважины, грунтоуплотнение основания сваи и формирование максимальных напряжений пяти зон состояний предельных равновесий. Гидроцилиндр, размещенный в секции трубы колонны, жестко соединенной с ней, совместно с грунтоподъемным краном участвует в извлечении формующей колонны с одновременным продавливанием и уплотнением дренирующего материала в полости трубчатого ствола сваи, чем уменьшаются технико-экономические затраты используемого в работе крана. Скорость подъема корпуса гидроцилиндра принята равной скорости извлечения формующей колонны грузоподъемным краном на высоту, равную длине элементарной секции трубы, а скорость выдвижения штока гидроцилиндра при продавливании и уплотнении дренирующего материала в двух элементарных секциях трубы в два раза большей скорости его корпуса, что обеспечивает постоянное расчетное давление гидроцилиндра на дренирующий материал и исключение деформации ствола сваи при выходе рабочего органа из слоя слабого грунта в слой более прочного и, следовательно, повышение качества изготовления свай.A causal relationship between the totality of the essential features listed above and the above technical result. Formation under the lower end of the pile by the pressure of the dead weight of the column of draining material, the forming column and the dry concrete mixture and the pressure of the rod of the hydraulic cylinder of the soil-tightened core in the form of a circular cone with an angle at the apex equal to the value of two angles of internal friction of the soil ϕ, and molding by a circular cone of the highest stresses σ ₁ τ = _-5 five zones _1-5 states limiting equilibria 1 ... 5 surrounding the side surface, cause it physically possible maximum bearing capacity, so called adjoint to the lower end of the pile, its load-bearing building soil elements. Laying dry concrete mixture between the walls of the original well and the column, the drainage material in the cavities of the working body and the pipe of the column simultaneously to the entire depth of the well and the length of the column helps to reduce time and labor costs. Compaction of dry concrete mixture with additional soil displacement of the original well to the size of the design well and simultaneous re-laying and compaction of the drainage material filling the volume of the cavity of the column pipe and the working body with the pressure of its own weight of its column and hydraulic cylinder rod with the fixing and preservation of the previously formed maximum stress values in five zones states of extreme equilibria of the soil surrounding the pile shaft, ensures the achievement of the physically maximum possible bearing th ability gruntouplotnennogo base thus on the side surface of the pile shaft. Reducing the length of the column pipe extracted from the well by removing elementary sections, laying an additional dose of drainage material in the volume of two elementary sections released by the rod of the hydraulic cylinder from the well, and rigidly closing the upper end of the column pipe with its section with the hydraulic cylinder increase the production capacity of piles. An increase in the ultimate compaction of the dry concrete mixture of the monolithic and concrete density of the tubular pile shaft excluding the presence of air bubbles in it as stress concentrators, its quality and strength, therefore, reducing concrete consumption. The use of the open end of the tubular pile shaft allows it to be included in separate compression work along with a column of draining material, which reduces the consumption of concrete on the tubular pile shaft. A device in the form of a lifting crane and a composite forming column, including a working body, elementary pipe sections and a pipe section for a hydraulic cylinder, combined with each other using quick-detachable threaded connection elements, allowing to quickly reduce the length of the column when removing it from the well, which ensures ease of operation and improves productivity. The difference in the sizes of the radii of the base of the cone R _d and its truncation R _{1 of the} working body is equal to the value of the additional soil displacement of the original well from D _C1 to D _C , which, when removing the forming column, compacts the dry concrete mixture, additional soil displacement of the well, soil compaction of the pile base and the formation of maximum stresses of five zones of states of limiting equilibria. A hydraulic cylinder placed in a section of a column pipe rigidly connected to it, together with a soil-lifting crane, participates in the extraction of the forming column with simultaneous forcing and compaction of the drainage material in the cavity of the tubular pile shaft, thereby reducing the technical and economic costs of the crane used in the work. The lifting speed of the hydraulic cylinder body is taken to be equal to the speed of extracting the forming column by a lifting crane to a height equal to the length of the elementary section of the pipe, and the speed of the hydraulic cylinder rod when pushing and sealing the drainage material in two elementary sections of the pipe is twice as fast as its body, which ensures constant design pressure hydraulic cylinder to the draining material and the exclusion of deformation of the pile shaft when the working body exits from a layer of weak soil to a layer of more durable and, therefore quently, increasing piles workmanship.

Заявленная группа изобретений соответствует требованию их единства, поскольку эта группа образует единый замысел, причем заявленный объект группы - способ изготовления набивной трубчатой сваи при его осуществлении предназначен в совокупности для формирования несущего грунтового строительного элемента и изготовления несущего конструктивного строительного элемента; заявленный объект группы - устройства для осуществления способа при его применении предназначен в совокупности для получения грунтоуплотненного кругового конуса, т.е. несущего грунтового строительного элемента и трубчато-заполненного ствола сваи, т.е. несущего конструктивного строительного элемента.The claimed group of inventions meets the requirement of their unity, since this group forms a single concept, and the claimed group object - a method of manufacturing a stuffed tubular pile during its implementation is intended in aggregate to form a bearing earth building element and manufacturing a bearing structural building element; the claimed object of the group - a device for implementing the method when it is used is intended in the aggregate to obtain a compacted circular cone, i.e. bearing ground building element and tubular-filled pile shaft, i.e. bearing structural building element.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления каждого объекта заявленной группы изобретений с получением вышеуказанного технического результата. По объекту-способу отмечается, что изготовление составной сваи производят из ее несущего грунтового строительного элемента, формируемого вытеснением и уплотнением грунта давлением формующей колонны, сухой бетонной смеси и столба дренирующего материала, рассматриваемого как уплотненное ядро, в виде кругового конуса из максимально уплотненного грунта в его объеме; из несущего конструктивного строительного элемента сваи, изготавливаемого из железобетона и дренирующего материала-заполнителя; по объекту-устройству для осуществления способа изготовления сваи отмечается, что монтаж составной формующей колонны выполняется из рабочего органа, элементарных секций трубы, деталей гидроцилиндра, выполняемых из стальных труб и поковок; набивная составная грунтово-конструктивная трубчато-заполненная свая производится из присоединенного кругового конца уплотненного грунта, железобетонного трубчатого ствола и столба уплотненного дренирующего материала-заполнителя.Information confirming the possibility of implementing each object of the claimed group of inventions with obtaining the above technical result. According to the object-method, it is noted that the manufacture of a composite pile is made from its bearing ground building element, formed by displacing and compacting the soil by pressure of the forming column, dry concrete mixture and a column of drainage material, considered as a compacted core, in the form of a circular cone from the most compacted soil in it volume; from a supporting structural building element of a pile made of reinforced concrete and a draining aggregate material; on the object device for implementing the method of manufacturing piles, it is noted that the installation of the composite forming column is made of a working body, elementary pipe sections, hydraulic cylinder parts made of steel pipes and forgings; A stuffed composite soil-structural tubular-filled pile is made from the attached circular end of the compacted soil, the reinforced concrete tubular trunk and the column of compacted drainage aggregate material.

По объекту-устройству для реализации способа изготовления сваи или составной формующей колонны с грузоподъемным краном, в целом на фиг. 1 изображен его вертикальный разрез, на фиг. 2 - поперечное сечение А-А по фиг. 1; на фиг. 3 - вертикальный разрез сваи, на фиг. 4 - поперечное сечение Б-Б по фиг. 3.According to an object device for implementing a method of manufacturing a pile or a composite forming column with a crane, in general, in FIG. 1 shows a vertical section thereof, in FIG. 2 is a cross section AA in FIG. one; in FIG. 3 is a vertical section through a pile, in FIG. 4 is a cross section bB of FIG. 3.

В грунте образуют исходную скважину 1 диаметром D_C1, в ней размещают соосно арматурный каркас 2, с последующим размещением в нем концентрично составной формующей колонны 3, укладывают сухую бетонную смесь 4 засыпной плотности, между стенками исходной скважины 1 и формующей колонны 3 на всю глубину скважины до ее устья с использованием воронки 5, одновременно укладывают дренирующий материал-заполнитель 6 в полости рабочего органа 7 и составной трубы 8 из элементарных секций 9 с помощью воронки 10, на всю высоту трубы до ее обреза, верхний торец трубы 8 жестко закрывается секцией трубы 11 с размещенным в ней гидроцилиндром 12, все элементы 7, 8 и 11 составной формующей колонны 3 жестко монтируются друг с другом быстроразъемным резьбовым соединением 13 с помощью рычажных накидных ключей, при извлечении колонны 3 из скважины 1 на высоту, равную длине элементарной секции 8 грузоподъемным краном 14 совместно с гидроцилиндром 12 усеченный конус 15 рабочего органа 7 уплотняет сухую бетонную смесь 4 и одновременно дополнительно расширяет исходную скважину 1 от диаметра D_C1 и грунтовытесняет рабочую скважину 16 до расчетного диаметра D_C, цилиндр 17 рабочего органа 7 диаметром D_d формует полость 18 трубчатого ствола сваи, из уплотненной сухой бетонной смеси 19, при этом вокруг ствола сваи 20 формируются зоны 1…5 состояний предельных равновесий грунтоуплотняемого основания А с предварительными максимальными напряжениями σ₁…σ₅ равными τ₁…τ₅. В процессе изготовления несущего конструктивно строительного элемента Б составной сваи под его нижним концом 21 формируется несущий грунтовый строительный элемент В с уплотнением грунта основания А давлением собственного веса формующей колонны 3, трубчатой оболочки сухой бетонной смеси 4, столба дренирующего материала 6 и принудительным давлением гидроцилиндра 12 с формированием грунтоуплотненного ядра в виде кругового конуса 22 и зон 1…5 состояний предельных равновесий грунта с предварительными максимальными напряжениями σ₁…σ₅, равными τ₁…τ₅. Верхний торец трубчатой оболочки 23 жестко закрывается железобетонным оголовком 24. Таким образом, обжатие боковых поверхностей ствола сваи и ее кругового конуса осуществляется предварительными максимальными напряжениями грунтоуплотненного несущего основания А.An initial well 1 with a diameter of D _{C1 is} formed in the ground, a coaxially reinforcing cage 2 is placed in it, followed by a concentric composite molding column 3 placed in it, dry concrete mix 4 with a filling density is laid, between the walls of the original well 1 and the forming column 3 to the entire depth of the well to its mouth using a funnel 5, at the same time, the draining aggregate material 6 is laid in the cavity of the working body 7 and the composite pipe 8 from the elementary sections 9 using the funnel 10, to the entire height of the pipe to its edge, the upper end face tr 8 would be rigidly closed by the pipe section 11 with the hydraulic cylinder 12 located in it, all the elements 7, 8 and 11 of the composite forming column 3 are rigidly mounted to each other by a quick-release threaded connection 13 using lever spanners, when the column 3 is removed from the well 1 to a height, equal to the length of the elementary section 8 a crane 14 in conjunction with the hydraulic cylinder 12, truncated cone 15, the working member 7 seals the dry concrete mix 4 and simultaneously further expanding the initial hole diameter of 1 D _C1 and working with gruntovytesnyaet Vazhiny 16 to the calculated diameter D _C, the working body cylinder 17 July diameter _D d the cavity 18 of the tubular pile shaft from the densified dry concrete mix 19, wherein around the pile shaft 20 are formed in zone 1 ... 5 states limiting equilibria compactor base A with the preliminary maximal stresses σ ₁ ... σ ₅ equal to τ ₁ ... τ ₅ . In the process of manufacturing a structurally structural bearing component B of the composite pile under its lower end 21, a supporting ground construction element B is formed with the soil of the base A being compressed by the own weight of the forming column 3, the tubular shell of the dry concrete mixture 4, the column of the drainage material 6 and the pressure of the hydraulic cylinder is 12 s the formation of a soil compacted core in the form of a circular cone 22 and zones 1 ... 5 of the state of limiting equilibria of the soil with preliminary maximum stresses σ ₁ ... σ ₅ equal to t τ ₁ ... τ ₅ . The upper end of the tubular shell 23 is rigidly closed by a reinforced concrete head 24. Thus, the compression of the side surfaces of the pile shaft and its circular cone is carried out by preliminary maximum stresses of the soil-bearing base A.

Заявленная группа изобретений предназначена для применения при изготовлении набивных составных грунтово-конструктивных трубчато-заполненных свай в строительстве свайных фундаментов промышленных и гражданских зданий и других сооружений. В настоящее время известны все средства и методы для осуществления заявленной группы изобретений.The claimed group of inventions is intended for use in the manufacture of printed composite soil-structural tubular-filled piles in the construction of pile foundations of industrial and civil buildings and other structures. Currently, all means and methods for implementing the claimed group of inventions are known.

Использование группы изобретений ведет к расширению области применения в условиях плотной городской застройки указанных решений, к достижению физически максимально возможной несущей способности предварительно грунтонапряженных оснований, к снижению затрат на строительство и к сокращению сроков строительства свайных фундаментов зданий и прочих сооружений путем изготовления набивных составных свай из несущего грунтового строительного элемента, формируемого в грунте в процессе изготовления несущего конструктивного элемента, включающего железобетонную трубчатую оболочку ствола сваи, заполненную несущим дренирующим материалом и несущий оголовок, жестко соединенных между свай.The use of the group of inventions leads to the expansion of the scope in dense urban development of these solutions, to achieve the physically maximum possible bearing capacity of pre-stressed substrates, to reduce construction costs and to shorten the construction time of pile foundations of buildings and other structures by manufacturing printed composite piles from the bearing soil construction element formed in the soil during the manufacturing process of the supporting structural element, including reinforced concrete tubular shell of the pile shaft, filled with a bearing drainage material and a bearing head, rigidly connected between piles.

На основании новизны технических решений группы изобретений для изготовления набивных составных трубчато-заполненных свай осуществляются новые условия взаимодействия между: несущими грунтовым и конструктивным строительными элементами сваи и их несущим грунтонапряженным основанием; рабочим органом, элементарными секциями и гидроцилиндром составной формующей колонны; рабочим органом, сухой бетонной смесью, вытесняемым уплотняемым и напрягаемым грунтом и дренирующим материалом; дренирующим материалом-заполнителем, железобетонной трубчатой оболочкой сваи и с ее оголовком.On the basis of the novelty of the technical solutions of the group of inventions for the manufacture of printed composite tubular-filled piles, new conditions for the interaction between the bearing ground and structural building elements of the pile and their bearing ground-stressed base are implemented; a working body, elementary sections and a hydraulic cylinder of a composite forming column; working body, dry concrete mix, displaced by compacted and strained soil and drainage material; draining aggregate material, reinforced concrete tubular sheath of the pile and with its head.

Claims

1. A method of manufacturing a printed tubular pile, including the formation in the soil of the well; placement of a reinforcing cage in it; installation in it of a hollow element open at the ends, the diameter of which is less than the diameter of the well by the thickness of the pile wall; supply of dry concrete mixture into the space between the well wall and the hollow element and the simultaneous laying of the draining material; compaction of dry concrete, drainage material and soil; removing the hollow element from the well; water saturation of the draining material and the dry concrete mixture, characterized in that in order to increase the production capacity of the pile and achieve maximum bearing capacity of the soil of the base surrounding the cone and the pile shaft, the dry concrete mixture is laid in the space between the well wall and the pipe of the forming column and at the same time the cavity of the pipe and the conical socket of the working body drainage material to the entire height of the pile shaft to the wellhead; the forming column is removed from the well to the calculated height, while the conical bell of the working body compacts the dry concrete mixture, with it, additional soil displacement of the well and soil compaction of the base are carried out with the formation of five zones of states of ultimate equilibria of the preliminary maximum soil stress and preservation of it with compacted drainage material ; disconnect the elementary section from the pipe of the column and from the hydraulic cylinder; pour an additional portion of the draining material into the free cavities of two elementary sections; connect the hydraulic cylinder to the column pipe; carry out its rise to the estimated height; Further, the process of manufacturing piles to the wellhead is carried out by repeating the above operations; after hardening of concrete, the tubular shell of the pile piles carry out the design of the formwork of its head with the laying of a concrete mixture of cast consistency in it.

2. A device for implementing the method in the form of a forming column, including a pipe with open ends, rigidly connected in the lower end with a sealing conical bell of the working body, equipped with a cylinder segment at the lower end, sealing the dry concrete mixture and forming the inner surface of the cavity of the tubular shell of the pile and covering the upper end of the pipe is an element rigidly connected to it, characterized in that the forming column consists of a pipe with open ends, assembled from elementary sections, mating rigidly to each other other using quick compounds having one spiral thread with a rectangular cross section measuring 10 (h) × 20 (b) mm; forming working body, provided in accordance with the calculated geometric parameters determined by the need for additional soil displacement of the well and soil compaction of the base for the preliminary formation of zones of five states of maximum equilibrium of the most stressed soil, including a pipe section of the column equipped with a threaded element of the quick disconnect in the upper end, a bell in the form of a truncated a cone and a segment of the forming cylinder, rigidly connected with its base; a hydraulic cylinder coaxially placed in the cavity of a separate section of the column pipe and the upper end of the hydraulic cylinder body rigidly connected to a flange that closes the upper open end of the pipe section, containing a hinge for suspension on a load-lifting crane, and with a lower end open for the hydraulic cylinder rod to be equipped with a threaded quick-connect element while the stroke length of the hydraulic cylinder rod is equal to the length of three elementary pipe sections, and the rod outlet length when removing the forming column is equal to the length of two elementary sections of the column pipe, the lifting speed of the hydraulic cylinder body is equal to the crane lifting speed, and the hydraulic cylinder rod exit speed is twice the lifting speed of its housing, the forming column is removed to a height equal to the length of one elementary pipe section, and the hydraulic cylinder rod pushes and seals the drainage material into pipe to a depth equal to two lengths of its elementary sections.