СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БУРОНАБИВНОЙ СВАИ
METHOD FOR PRODUCTION OF BORE PILE

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении фундаментов, обладающих высокими прочностными и жесткостными характеристиками, преимущественно основания и фундаментов гидротехнических сооружений.
Любой фундамент должен обладать достаточной несущей способностью для того, чтобы воспринимать нагрузки от сооружения. Различают несущую способность как фундамента, так и отдельной сваи.
В процессе принудительного заглубления каждая свая закрытым нижним концом вначале сжимает грунт в направлении ее погружения, а затем отжимает в стороны, уплотняя его. В результате этого вокруг сваи образуется зона грунта с повышенной плотностью по сравнению с природной и, следовательно, с более высокими напряжениями.
Воздействующая на сваю осевая сжимающая нагрузка передается на окружающий массив грунта по поверхностям давления, которые являются поверхностями главных нормальных напряжений. Форма и размеры этих поверхностей зависят от свойства грунтов, сечения, длины и способа погружения сваи.
o
б
Нагруженная свая оказывает давление на окружающий ее массив грунта, в каждой точке которого из-за этого возникают, кроме активных, равные по величине, но противоположные по знаку реактивные напряжения грунта: нормальные σ в уровне низа (подошвы) сваи, нормальные (обжимающие) σ и касательные τ на ее боковой поверхности. Этот массив называют зоной активного давления нагруженной сваи на грунт или сокращенно активной зоной (См., например, Глотов Н.М., Луга А.А. и др. Свайные фундаменты. М: Транспорт, 1975, с. 126-176).
По мере увеличения внешней силы на сваю вначале включается в работу боковая поверхность, а затем - нижний конец сваи. Для свай, опирающихся на практически несжимаемые скальные породы, крупноблочные отложения, плотные пески или твердые связные грунты (сваи-стойки), почти отсутствуют осадки основания, и поэтому почти не проявляются силы трения грунтов о боковую поверхность таких свай. Незначительные смещения верхней части сваи за счет ее упругой деформации приводят к появлению сил трения грунтов в пределах верхних слоев. Однако эти силы в общем балансе сил свай-стоек, характеризующих несущую способность сваи, составляют небольшую величину и поэтому, как правило, не учитываются в расчетах на действие вертикальных нагрузок.
Буронабивные сваи относятся к типу глубоких опор, строительство которых рекомендуется применять именно в случае вышеуказанных видов грунтов. Другими словами, несущая способность буронабивной сваи определяется прочностью грунта основания. Кроме того, буронабивные сваи применяются для фундаментов гидротехнических сооружений при значительных сосредоточенных вертикальных и горизонтальных внешних нагрузках (См. Метелюк Н.С. и др. Сваи и свайные фундаменты (справочное пособие). Киев: Будiвельник, 1977, с. 34-39).
Из патента РФ №2321703, класс E02D 27/12, опубликован 10.04.2008, известен способ строительства свайно-плитного фундамента, включающий устройство свай и объединение их плитой-ростверком, заключающийся в том, что предварительно пробуривают скважины, через которые посредством струйной геотехнологии выполняют горизонтальную полость и заполняют ее фибробетоном на основе базальтового волокна, затем пробуренные скважины заполняют бетоном и погружают арматурный каркас. Фундаментные сваи по данному способу формируются из мелкозернистого бетона, а их армирование осуществляется путем погружения в указанный бетон арматурных каркасов.
Недостатками данного способа являются: высокая стоимость, длительность и сложность процесса. К недостаткам получаемых указанным способом фундаментных свай следует отнести трудоемкость их изготовления, обусловленную необходимостью использования арматурных каркасов, и их низкую прочность на изгиб при сжатии, обуславливающую невозможность использования сваи на восприятие бокового давления грунта без применения анкерных креплений.
Из патента РФ №1730356, класс E02D 5/38, опубликован 30.04.92, известен способ получения буронабивной сваи (принят в качестве ближайшего аналога), состоящий в том, что обсадную инвентарную трубу с теряемым наконечником погружают в грунт в режиме вращательных колебаний до ее остановки. После чего в трубу закладывают дополнительную массу, которой не передаются вращательные колебания, и трубу вновь погружают до проектной отметки. После чего перед бетонированием извлекают дополнительную массу из обсадной трубы, затем заполняют ее бетоном и извлекают обсадную трубу также в режиме вращательных колебаний.
б
o
Однако этот способ имеет существенный недостаток. Анализ вышеописанного процесса сооружения буронабивной сваи показывает, что при извлечении обсадной трубы под действием нормальных обжимающих напряжений σ, возникающих, как указано выше, в процессе сооружения сваи, бетон, находящийся в пластическом состоянии, уменьшает величину этих напряжений, а в конечном итоге, и величину касательных напряжений τ на боковой поверхности сваи. Это обстоятельство приводит к тому, что силы трения, действующие на сваю, в значительной мере уменьшаются, и ее несущая способность под действием осевой нагрузки определяется несущей способностью грунта на уровне низа сваи, ее подошвы. Для исправления этого недостатка рекомендуется использовать вибрационное или ударное уплотнение бетона, набравшего определенную прочность, что в какой-то мере увеличивает значение σ, а значит и τ. Однако это приводит к значительному усложнению технологии сооружения буронабивной сваи и снижению производительности. Следует отметить, что боковая поверхность буронабивных свай формируется в процессе ее производства по случайному закону, и, следовательно, площадь контакта сваи с грунтом имеет разброс в широком диапазоне, что не позволяет с помощью каких-либо аналитических расчетов учесть силы трения в несущей способности буронабивной сваи.
Техническим результатом, для получения которого предназначен заявленный способ, является повышение несущей способности сваи при снижении ее материалоемкости за счет увеличения бокового трения сваи по грунту.
Получение указанного технического результата обеспечивается тем, что обсадную трубу погружают в грунт до ее остановки на уровне проектной отметки, осуществляют выемку грунта из полости обсадной трубы, обеспечивают соосное погружение в полость обсадной трубы стальной сваи до проектной отметки, при этом до погружения стальной сваи в полость обсадной трубы на ее боковой наружной поверхности по внешнему периметру кольцевого отрезка закрепляют в трех местах осесимметрично на как минимум двух уровнях по высоте сваи подпружиненные дистанцирующие фиксаторы, после чего пространство между обсадной трубой и стальной сваей посредством высоконапорного насоса заполняют бетонной смесью и одновременно извлекают обсадную трубу из грунта.
Заявленный способ получения буронабивной сваи иллюстрируется представленным на фиг. 1 изображением, на котором показана стадия получения буронабивной сваи, при которой стальная свая 1 погружена в полость обсадной трубы 2. С помощью подпружиненных дистанцирующих фиксаторов 3 обеспечивается соосность стальной сваи 1 и обсадной трубы 2, а также требуемый зазор 4, заполняемый при помощи высоконапорного насоса бетонной смесью 5. Для увеличения несущей способности сваи ее головная часть дополнена армированным каркасом 6. Для увеличения жесткости полость сваи заполняется песчано-гравийной смесью 7, по которой в верхней части сваи устраивается железобетонная пробка 8 с арматурными выпусками.
Способ образования буронабивной сваи включает: погружение в грунт по оси сваи обсадной трубы (способ погружения любой: винтовые сваи, забивка, вибропогружение и т.д.) диаметром D до проектной отметки; выемку грунта из полости обсадной трубы; погружение внутрь обсадной трубы, как правило, до упора стальной трубы диаметром d, жестко скрепленной (например, с помощью сварки) с армированным каркасом на внутренних поверхностях ее головной части; подачу высоконапорным насосом бетонной смеси в пространство между обсадной трубой и стальной сваей с одновременным извлечением (вывинчиванием) обсадной трубы. Для обеспечения соосности обсадной трубы диаметром D и сваи диаметром d к боковой наружной поверхности внутренней сваи по внешнему периметру кольцевого отрезка закрепляют в трех местах осесимметрично на как минимум двух уровнях по высоте стальной сваи, подпружиненные дистанцирующие фиксаторы.
При необходимости обсадную трубу погружают в грунт ниже расчетного уровня погружения стальной сваи.
Для дополнительного увеличения бокового сопротивления стальной сваи к ее наружной рабочей поверхности крепится при помощи сварки спиральная арматура гладкого или периодического профиля.
Подача бетона высоконапорным насосом обеспечивает требуемое обжатие грунта скважины при заполнении смесью пространства между грунтом за извлекаемой обсадной трубой и сваей и требуемую несущую способность при заданной глубине погружения (проектной отметке) головы сваи.