БУРОИНЪЕКЦИОННАЯ СВАЯ С КОНТРОЛИРУЕМЫМ УШИРЕНИЕМ
REGULATED INJECTION PILE WITH CONTROLLED WIDENING

Изобретение относится к области строительства, в частности к свайному фундаментостроению, и может быть использовано для эффективного усиления фундаментов.
Известен способ изготовления буроинъекционной сваи с контролируемым уширением (патент RU №2605474 C2 МПК E02D5/46 опубл. 20.12.2016 Бюл. №35), принятый за прототип. Способ включает бурение скважины, монтаж трубы-инъектора с герметично закрепленной на нижнем конце мембраной-стаканом, выполнение бетонной пробки между скважиной и наружной поверхностью верхней части трубы-инъектора, инъекцию раствора при помощи резинового шланга, на нижнем конце которого расположен пакер, а верхний конец соединён с растворонасосным оборудованием. Инъекция раствора осуществляется сначала в мембрану-стакан для формирования контролируемого уширения, затем в затрубное пространство между сформированным контролируемым уширением и бетонной пробкой до обжатия стенок скважины по всей длине затрубного пространства для формирования ствола буроинъекционной сваи. Труба-инъектор представляет собой металлическую трубу, нижний конец которой закрыт заглушкой, на поверхности трубы сделаны отверстия для инъекции раствора закрытые резиновыми манжетами. Мембрана-стакан монтируется поверх нескольких рядов резиновых манжет и упирается своим нижним концом в заглушку трубы-инъектора.
Главные недостатки прототипа заключаются в следующем:
- при формировании контролируемого уширения на нижнем конце трубы-инъектора в грунтах твёрдой консистенции во время инъекции раствора в мембрану-стакан не происходит ее равномерное раскрытие, нарушается сплошность и герметичность резинового материала в результате чего не получается сформировать уширение требуемых геометрических параметров;
- резиновые манжеты, закрывающие сделанные на поверхности трубы-инъектора отверстия для инъекции раствора, смещаются во время монтажа мембраны-стакана на трубу-инъектор из-за трения своей наружной поверхности об внутреннюю поверхность мембраны-стакана и перестают блокировать обратное попадание раствора в трубу-инъектор;
- резиновые манжеты, закрывающие сделанные на поверхности трубы-инъектора отверстия для инъекции раствора, смещаются во время монтажа трубы-инъектора в предварительно пробуренную скважину из-за трения своей наружной поверхности о стенки скважины, и перестают блокировать обратное попадание раствора в трубу-инъектор;
- формирование контролируемого уширения на нижнем конце трубы-инъектора сопровождается резким увеличением реактивного отпора грунта, что приводит к выдавливанию трубы-инъектора из скважины и конструкции усиливаемого материала фундамента.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении надежности эффективного усиления фундаментов при помощи буроинъекционных свай с контролируемым уширением, в том числе в грунтах твёрдой консистенции, в результате доработки и решении всех выявленных недостатков прототипа.
Технический результат предлагаемого изобретения достигается за счёт внесения изменений в конструкцию трубы-инъектора и технологию изготовления буроинъекционной сваи с контролируемым уширением. При формировании контролируемого уширения на нижнем конце трубы-инъектора в грунтах твёрдой консистенции выполняют его предварительное размягчение на этапе бурения скважины, на этапе монтажа трубы-инъектора или перед началом инъекции раствора в мембрану-стакан путём размытия под давлением инъекции или замачиванием на определенное время порцией воды или бурового раствора. Резиновые манжеты фиксируют на поверхности трубы-инъектора с двух сторон от отверстий для инъекции раствора посредством выступов или углублений, расстояние между которыми или их ширину определяют в зависимости от размеров резиновых манжет. Трубу-инъектор жёстко закрепляют в конструкции усиливаемого материала фундамента до выполнения бетонной пробки в верхней части трубы-инъектора посредством стальных профильных элементов, арматурных скоб, шпилек, которые монтируют в предварительно пробуренные отверстия, пробитые или прорезанные штрабы в конструкции усиливаемого материала фундамента. Заглушку на нижнем конце трубы-инъектора выполняют сферической формы для увеличения площади поверхности соприкосновения нижнего конца мембраны-стакана с заглушкой трубы-инъектора. После герметичного закрепления мембраны-стакана на нижнем конце трубы-инъектора перед его погружением в скважину выполняют складку выступающих боковых частей поверхности мембраны-стакана. Трубу-инъектор изготавливают из металлических, пластиковых, стеклопластиковых, базальтопластиковых и базальтовых труб.
Причинно-следственная связь между заявленными существенными признаками и техническим результатом следующая. Предварительное размягчение грунта твёрдой консистенции позволит сформировать контролируемое уширение требуемых геометрических параметров на нижнем конце трубы-инъектора во время инъекции раствора в мембрану-стакан, которая будет равномерно раскрываться в грунте, сохраняя свою сплошность и герметичность. Фиксация резиновых манжет на поверхности трубы-инъектора с двух сторон от отверстий для инъекции раствора позволит предотвратить их смещение в результате трения их наружной поверхности об внутреннюю поверхность мембраны-стакана и из-за трения своей наружной поверхности о стенки скважины, обеспечить блокирование обратного попадания раствора в трубу-инъектор. Жёсткое закрепление трубы-инъектора в конструкции усиливаемого материала фундамента позволит предотвратить выдавливание трубы-инъектора из скважины и конструкции усиливаемого материала фундамента во время формирования контролируемого уширения в нижней части трубы-инъектора путём инъекции раствора в мембрану-стакан.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображена предварительно пробуренная в грунте 1 скважина 2, в которую монтируют трубу-инъектор 3 с герметично закрепленной на нижнем конце посредством хомутов 4 мембраной-стаканом 5. Между скважиной 2 и наружной поверхностью верхней части трубы-инъектора 3 выполняют бетонную пробку 6.
На фиг. 2 изображена конструкция трубы-инъектора 3 представляющая собой металлическую трубу с заглушкой 7, расположенной на нижнем конце. На поверхности трубы-инъектора 3 сделаны отверстия 8 для инъекции раствора закрытые резиновыми манжетами 9, которые блокируют обратное попадание раствора в трубу-инъектор 3. Резиновые манжеты 9 фиксируют с двух сторон от отверстий 8 для инъекции раствора на поверхности трубы-инъектора 3 посредством выступов 10. Мембрану-стакан 5 монтируют поверх нескольких рядов резиновых манжет 9 и упирают своим нижним концом в заглушку 7 трубы-инъектора 3.
На фиг. 3 – изображен процесс инъекции раствора в мембрану-стакан 5. Для инъекции раствора во внутрь трубы-инъектора 3 опускают шланг с пакером 11 на нижем конце. Во время инъекции раствора в мембрану-стакан 5 происходит формирование контролируемого уширения 12.
На фиг. 4 – изображена труба-инъектора после инъекции раствора в мембрану-стакан 5 с сформированным в грунте 1 контролируемым уширением 12.
На фиг. 5 – изображён процесс инъекции раствора в затрубное пространство между сформированным контролируемым уширением 12 и бетонной пробкой 6 до обжатия стенок скважины 2 по всей длине затрубного пространства для формирования ствола 13 буроинъекционной сваи.
На фиг. 6 – изображена смонтированная в конструкции усиливаемого материала фундамента 14 труба-инъектор 3 с герметично закрепленной на нижнем конце посредством хомутов 4 мембраной-стаканом 5. Трубу-инъектор 3 жёстко закрепляют в конструкции усиливаемого материала фундамента 14 посредством стальных профильных элементов 15 до выполнения бетонной пробки 6 в верхней части трубы-инъектора 3.
На фиг. 7 – изображена изготовленная буроинъекционная свая с контролируемым уширением 12 и стволом 13 в конструкции усиливаемого материала фундамента 14 и грунте 1.
На фиг. 8 – изображены изготовленные буроинъекционные сваи с контролируемым уширением 12 и стволом 13, расположенные по обе стороны от усиливаемого материала фундамента 14.
Примерная технологическая последовательность выполнения работ по изготовлению буроинъекционной сваи с контролируемым уширением следующая. В конструкции усиливаемого материала фундамента 14 на всю его толщину высверливают отверстие под требуемым углом при помощи установки алмазного сверления. Далее при помощи буровой установки в грунте 1 бурят скважину 2 на требуемую глубину. В грунтах твёрдой консистенции выполняют его предварительное размягчение на этапе бурения скважины 2, на этапе монтажа трубы-инъектора 3 или перед началом инъекции раствора в мембрану-стакан 5 путём размытия под давлением инъекции или замачиванием на определенное время порцией воды или бурового раствора. В грунтах текучей консистенции для предотвращения обрушения или оплыва стенок скважины 2 бурение грунта 1 и монтаж трубы-инъектора 3 осуществляют под защитой обсадной трубы. В пробуренную скважину 2 монтируют трубу-инъектор 3 с герметично закрепленной на нижнем конце мембраной-стаканом 5. Далее трубу-инъектор 3 жёстко закрепляют в конструкции усиливаемого материала фундамента 14 посредством стальных профильных элементов 15. После монтажа трубы-инъектора 3 и его жёсткого закрепления в конструкции усиливаемого материала фундамента 14 между скважиной 2 и наружной поверхностью верхней части трубы-инъектора 3 выполняют бетонную пробку 6. Бетонная пробка 6 предназначена для предотвращения выхода раствора из скважины при формировании ствола 13 буроинъекционной сваи.  Изготовление буроинъекционной сваи начинают с формирования контролируемого уширения 12 на нижнем конце трубы-инъектора 3. Для этого в трубу-инъектор 3 опускают резиновый шланг с пакером на нижнем конце 11, а верхний конец соединяют с растворонасосным оборудованием. В процессе инъекции раствора резиновая мембрана-стакан 5 увеличивается в размерах и формирует в грунте 1 контролируемое уширение 12, размеры которого можно контролировать по расходу объёма раствора и давлению его инъекции. Формирование контролируемого уширения 12 приводит к уплотнению грунта 1 на нижнем конце трубы-инъектора 3. Далее осуществляют формирование ствола 13 буроинъекционной сваи путём инъекции раствора в затрубное пространство между сформированным контролируемым уширением 12 и бетонной пробкой 6 до обжатия стенок скважины 2 по всей её длине.