СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ В РАСКАТАННЫХ СКВАЖИНАХ НАБИВНОЙ СВАИ ИЗ ШЛАКОВ
METHOD FOR MANUFACTURE OF BORED PILE FROM SLAGS IN ROLLED WELLS

Изобретение относится к фундаментостроению, в частности к возведению свайных фундаментов на грунтовых основаниях: насыпных и естественного сложения, обладающих специфическими (просадочными, набухающими, пучинистыми, плывунными, биогенными и другими) свойствами, - с применением шлаков черной металлургии.
Известен способ строительства набивных свай (1), выбранный в качестве прототипа, включающий образование скважины без выемки грунта и заполнение ее твердеющим материалом, в качестве твердеющего материала используют жесткую сыпучую смесь, которую порционно, послойно подают в скважину и каждый слой уплотняют.
К недостаткам известного способа можно отнести большую трудоемкость и материалоемкость на единицу несущей способности, необходимость применения относительно дорогих материалов (щебня, песка) естественного природного происхождения, привозимых из карьеров, удаленных от строительной площадки на десятки и сотни километров; высокий расход цемента, который составляет не менее 200 кг на 1 квадратный метр сваи; невозможность их использования на грунтовых основаниях, имеющих степень влажности не больше 0,7 без применения специальных мероприятий, обеспечивающих устойчивость стенок скважин от оплывания и обрушения. Проектирование искусственных оснований из свай известного способа в значительной степени зависит от изменчивости грунтовых условий в плане и по глубине сжимаемой зоны основания фундаментов. При этом несущая способность свай в плане свайного поля может отличаться в 1,2-1,6 раза. Для обеспечения несущей способности и проектного качества изготовленных данным способом свай требуется проведение постоянного лабораторного и пооперационного контроля.
Задачей изобретения является преобразование строительных свойств и физико-механических характеристик насыпных грунтов и грунтовых оснований естественного сложения, обладающих специфическими (просадочными, набухающими, пучинистыми, плывунными, биогенными и другими) свойствами, путем изготовления в раскатанных скважинах набивных свай с применением шлаков черной металлургии.
Это достигается тем, что в способе изготовления набивной сваи, включающем образование скважины без выемки грунта, заполнение скважины послойно твердеющим материалом с последующим уплотнением каждого слоя, согласно изобретению образование цилиндрическо-конической скважины до проектной глубины производят раскаткой путем вытеснения грунта веретенообразным раскатчиком в околоскважинное пространство, а затем вначале насыщают забой раскатанной скважины порционно шлаковым щебнем до наступления момента условного равновесия между передаваемым на веретенообразный раскатчик полным продольным усилием и реакцией отпора насыщенного шлаковым щебнем забоя, после чего заполняют ствол раскатанной скважины порциями шлакового щебня с уплотнением каждой порции раскаткой при полном продольном усилии на веретенообразный раскатчик, при этом крупность зерен шлакового щебня должна быть не больше 1/6 диаметра формирующего цилиндра веретенообразного раскатчика, а объем порции не должен превышать 1/2 геометрического объема веретенообразного раскатчика скважин. При изготовлении сваи в мерзлом грунте или насыпном грунте, имеющем крупные твердые включения диаметром больше 1/4 диаметра формирующего цилиндра веретенообразного раскатчика предварительно бурят лидерную скважину диаметром не больше диаметра формирующего цилиндра веретенообразного раскатчика и глубиной не больше проектной глубины скважины, после чего пробуренную скважину раскатывают веретенообразным раскатчиком.
Изготовленные предложенным способом сваи, позволяют преобразовать строительные свойства и физико-механические характеристики насыпных грунтов и грунтовых оснований естественного сложения, обладающих просадочными, набухающими, пучинистыми, плывунными, биогенными и другими свойствами, и сформировать в сжимаемой зоне основания фундаментов преобразованного массива с требуемой несущей способностью, превышающей первоначальную (до изготовления набивной сваи из шлаков) в 2,7-3,3 раза, и создать под фундаментом грунтошлаковый массив определенной толщины, набирающий прочность во времени.
Набивные сваи из шлаков в раскатанных скважинах обладают следующими преимуществами:
- обладают низкой себестоимостью, так как себестоимость шлакового щебня, по сравнению с себестоимостью щебня из природных горных пород в 2-5 раз ниже;
- упрощенной технологией устройства НРС, не требующей высокой квалификации исполнителей;
- высокой технологичностью, позволяющей выполнять установками типа ЛБУ-50, ПБУ-1 и т.п., в зависимости от грунтовых условий и глубины раскатки скважин, от 30 до 80 набивных свай в раскатанных скважинах в смену;
- высокой совместимостью с другими видами работ нулевого цикла, что позволяет значительно снижать сроки устройства системы «основание - фундамент»;
- шлаки черной металлургии подвержены различным видам распада, одним из них является силикатный распад, причины которого связаны с полиморфными превращениями двухкальциевого силиката. Силикатный распад шлака сопровождается увеличением удельного объема в пределах 12%. Продукты распада шлакового щебня обладают гидравлической активностью, позволяющей шлаковому заполнению раскатанной скважины, при определенных грунтовых и влажностных условиях, а также гидравлической активности шлака набирать прочность во времени.
Предложенное техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана технологическая последовательность изготовления набивных свай в раскатанных скважинах из шлаков; где поз. (а, б) - раскатка веретенообразным раскатчиком скважины до проектной глубины; поз. (в) - засыпка в забой раскатанной скважины порции щебня; поз. (г, д, е) - насыщение забоя раскатанной скважины порциями шлакового щебня с уплотнением каждой порции раскаткой; поз. (е, ж, з) - порционное насыщение ствола скважины шлаковым щебнем с уплотнением каждой порции раскаткой; поз.(и) - готовая свая. На фиг.2 показано насыщение забоя раскатанной скважины шлаковым щебнем. На фиг.3 - основные параметры раскатанной скважины. На фиг.4 показан рабочий орган веретенообразного раскатчика.
Способ изготовления в раскатанных скважинах набивной сваи из шлаков осуществляют следующим образом.
Вначале специальным веретенообразным раскатчиком (1) раскатывают цилиндрически-коническую скважину (2) до проектной глубины(1) и при необходимости (в зависимости от степени влажности грунта) с охлаждением раскатчика водой. Если раскатываемый грунт находится во влажном или насыщенном водой состоянии охлаждение водой не производят. В процессе раскатки скважины грунт не выдают на поверхность, а вкатывают веретенообразным раскатчиком в окружающий массив, образуя уплотненную зону (3). Затем производят насыщение забоя (4) раскатанной скважины (2) порциями шлакового щебня (5) до наступления момента условного равновесия между передаваемым на веретенообразный раскатчик полным продольным усилием и реакцией отпора насыщенного шлаковым щебнем забоя. После этого осуществляют заполнение ствола (6) раскатанной скважины (2) порциями шлакового щебня с уплотнением каждой порции раскаткой при полном продольном усилии на веретенообразный раскатчик (1). Заполнение раскатанных скважин осуществляют порциями шлакового щебня, имеющего максимальную крупность зерен не больше 1/6 d диаметра формирующего цилиндра (7) веретенообразного раскатчика (1). А объем порции шлакового щебня не должен превышать 1/2 геометрического объема веретенообразного раскатчика скважин. При изготовлении сваи в мерзлом грунте или насыпном грунте, имеющем крупные твердые включения, диаметром больше 1/4 d диаметра формирующего цилиндра (7) веретенообразного раскатчика (1) предварительно бурят лидерную скважину диаметром не больше диаметра формирующего цилиндра (7) веретенообразного раскатчика (1) и глубиной не больше проектной глубины скважины, после чего пробуренную скважину раскатывают веретенообразным раскатчиком (1). Лидерная скважина применяется для облегчения проходки раскатчиком мерзлого слоя грунта или насыпного грунта, имеющего крупные твердые включения.
Набивные сваи из шлаков в раскатанных скважинах применяют при следующих инженерно-геологических и гидрогеологических условиях: грунты должны обладать специфическими свойствами, а также могут быть насыпными и водонасыщенными, а грунтовые воды должны располагаться ниже сжимаемой зоны основания фундамента или в ее пределах. Нагрузки на сваи: вертикальные и сжимающие. Конструктивная схема расположения набивных свай в раскатанных скважинах из шлаков в плане подошвы фундамента должна предусматривать применение контурных свай, которые снижают возможность бокового расширения усиленного сваями основания под нагрузкой.
Источники информации
1. Патент России №2086733, Кл. E02D 5/34, 1997 г.