СПОСОБ МОНТАЖА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СВАЙ НА ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ
METHOD TO INSTALL METAL PILES ON PERMAFROST SOILS

Изобретение относится к области строительства, а именно к фундаментостроению и может быть использовано как при устройстве буроопускных опор трубопроводов на участках надземной прокладки, опор линий электропередач, так и при устройстве зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах при производстве работ в летний период при обводненных и пучинистых грунтах слоя сезонного промерзания-оттаивания.
Известны способы изготовления набивных свай, включающие следующие основные операции: устройство скважины и подачу в эту скважину твердеющего материала, в частности бетонной смеси (Основания, фундаменты и испытания сооружения. М.И. Гарбунов-Пасадов, В.А. Ильичев, Ю.Г. Трофименкова. - М.: Стройиздат, 1985. - 480 с., ил. - (Справочник проектировщика), с. 159).
Однако способ не исключает попадания в скважину грунтового шлама и грунтовых вод.
Также известно обустройство буроопускных свай в любых условиях при температуре грунта ниже -0,5°C. Сначала в основании пробуривают скважины диаметром, на 5-10 см превышающим поперечный размер сваи. Затем скважины заполняют грунтовым раствором, после чего погружают в них сваи. После замерзания раствора свая оказывается надежно защемленной в вечномерзлом грунте (Механика грунтов, основания и фундаменты. С.Б. Ухов, В.В. Семенов, В.В. Знаменский, З.Г. Тер-Мартиросян, С.Н. Чернышев. М.: Издательство АСВ, 1994 - С. 405).
Недостатком данного способа изготовления буроопускных свай является отсутствие исключения влияния сил морозного пучения грунта, возникающих от деформаций пучения в условиях сезонного промерзания. Также данный способ не позволяет исключить попадание в скважину грунтового шлама и грунтовых вод при производстве работ по устройству буроопускных свай в вечномерзлых грунтах в летний период при обводненных грунтах слоя сезонного промерзания.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ возведения сваи в сезоннопромерзающих пучинистых грунтах. Способ включает бурение лидерной скважины и погружение сваи в эту скважину. Лидерную скважину бурят на глубину, не менее нормативной глубины промерзания грунтов, причем диаметр лидерной скважины выбирают на основании приведенной зависимости. Затем полость, образованную лидерной скважиной, заполняют непучинистым сыпучим инертным материалом до уровня устья лидерной скважины, после чего в нее по центру погружают сваю на проектную глубину (патент RU №2474652, публикация 10.02.2013, МПК E02D 5/50).
Однако при изготовлении свай в вечномерзлых грунтах в летний период при обводненных грунтах слоя сезонного промерзания данная технология не позволяет решить задачу по исключению попадания в скважину грунтового шлама и грунтовых вод при производстве работ по устройству буроопускных свай, что влечет за собой зашламление и обводнение скважины и, как следствие, снижение несущей способности буроопускной сваи, вследствие недоподачи требуемого полного объема цементно-песчаного раствора для заполнения пространства между сваей и скважиной.
Задачей изобретения является разработка технологии монтажа свай, позволяющей исключить возможность попадания в скважину грунтового шлама и грунтовых вод при производстве работ по устройству буроопускных свай в вечномерзлых грунтах в летний период при обводненных грунтах слоя сезонного промерзания-оттаивания и исключения возможности влияния сил морозного пучения, возникающих от деформаций пучения в условиях сезонного промерзания.
Технический результат заключается в соблюдении соответствующего качества производства работ при устройстве буроопускных свай в вечномерзлых грунтах в летний период при обводненных грунтах слоя сезонного промерзания-оттаивания с целью исключения возможности снижения несущей способности буроопускных свай при попадании в скважину грунтового шлама и грунтовых вод, а также исключения возможности влияния сил морозного пучения, возникающих от деформаций пучения в условиях сезонного промерзания-оттаивания.
Поставленная задача решается тем, что в способе монтажа металлических свай, включающем бурение лидерной скважины, погружение в нее трубчатой металлической сваи и подачу непучинистого сыпучего инертного материала, согласно решению предварительно перед бурением лидерной скважины осуществляют забивку обсадной трубы на глубину сезонного промерзания-оттаивания грунта, бурение лидерной скважины осуществляют на глубину не менее нормативной глубины промерзания грунтов, заливают твердеющий материал в объеме, необходимом для заполнения полостей между лидерной скважиной и сваей от низа лидерной скважины до низа уровня слоя сезонного промерзания-оттаивания грунта, погружают сваю, непучинистым сыпучим инертным материалом заполняют полости между сваей и обсадной трубой.
Диаметр обсадной трубы выбирают диаметром на 10-20 см больше диаметра сваи. Оптимально погружать обсадную трубу на глубину сезонного промерзания-оттаивания грунта +0,5-1 м.
Диаметр лидерной скважины на 5-15 см больше диаметра сваи, а глубина до 30 метров. В качестве цементно-песчаного раствора используют раствор M10-M100.
В качестве непучинистого сыпучего инертного материала применяют песок непучинистый крупный и средней крупности.
Объем цементно-песчаного раствора предварительно рассчитывают по следующей формуле:
1
1
2
2
где, R - радиус лидерной скважины, l - длина лидерной скважины; R - радиус сваи, l - длина сваи, π - число пи.
Время между заливкой цементно-песчаного раствора и установкой сваи не должно превышать 15 мин.
Изобретение поясняется чертежом, на котором показана схема сваи с обсадной трубой, где 1 - свая, 2 - обсадная труба, 3 - заполнитель - твердеющий материал, например, цементно-песчаный раствор, 4 - заполнитель - непучинистый сыпучий инертный материал, 5 - лидерная скважина, 6 - полость обсадной трубы.
Способ осуществляется следующим образом. В грунт производят забивку обсадной трубы 2 на глубину сезонного промерзания-оттаивания грунта, например 1,8-3 м, с помощью копровой установки с дизель- или пневмомолотом. Данная технология устройства обсадной трубы позволяет исключить возможность снижения несущей способности буроопускных свай при попадании в скважину грунтового шлама и грунтовых вод при производстве работ в вечномерзлых грунтах в летний период при обводненных грунтах слоя сезонного промерзания-оттаивания. После этого осуществляют бурение лидерной скважины 5 на глубину, равную глубине погружения сваи, после чего выполняется извлечение шнека буровой машины и производится полное выбуривание грунта из полости обсадной трубы 6 на глубину сезонного промерзания грунта, например 1,8-3 м. После извлечения шнека выполняют заливку цементно-песчаного раствора 3 в скважину в объеме, необходимом для заполнения полостей между лидерной скважиной 5 и трубчатой металлической сваей 1 от низа проектной отметки лидерной скважины до низа уровня слоя сезонного промерзания-оттаивания грунта. По завершении работ по подаче раствора выполняют погружение трубчатой сваи 1 с помощью вибропогружателя до проектной отметки. После погружения сваи 1 выполняется заполнение полостей 6 между сваей 1 и обсадной трубой 2 непучинистым сыпучим инертным материалом 4 на глубину 1,8-3 м до верха обсадной трубы 2 для исключения возможности влияния сил морозного пучения, возникающих от деформаций пучения в условиях сезонного промерзания-оттаивания.
Пример конкретного выполнения. Обсадную трубу 3 диаметром d=720-820 мм с толщиной стенки t=9-12 мм, длиной 1,8-3 м и маркой стали 17Г1С, 17Г1С-У, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3пс3, Ст3сп3, Ст3пс4, Ст3сп40, 9Г2С, классом прочности К34-К60 забивают в грунт на глубину сезонного промерзания-оттаивания грунта 1,8-3 м. Лидерную скважину 5 выполняют диаметром d=480-500 мм на глубину 6-20 м. Выбуривание грунта из полости 6 обсадной трубы 2 выполняют шнеком d-680-780 мм. Сваю 1 выполняют из трубчатого металлопроката диаметром d=426 мм с толщиной стенки 10-12 мм и длиной 6-20 м маркой стали 17Г1С, 17Г1С-У, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3пс3, Ст3сп3, Ст3пс4, Ст3сп40, 9Г2С, классом прочности К34-К60. Свая служит для восприятия вертикальных, горизонтальных и других нагрузок. Перед погружением сваи 1 в лидерную скважину 5 производится заливка цементно-песчаного раствора 3 марки M75-M150 в лидерную скважину 5 в объеме, необходимом для заполнения полостей между лидерной скважиной 5 и сваей 1 от низа проектной отметки лидерной скважины до низа уровня слоя сезонного промерзания-оттаивания грунта. После погружения сваи 1 в лидерную скважину 5 выполняется заполнение полости 6 между обсадной трубой 2 и сваей 1 непучинистым сыпучим инертным материалом 4.
Применение данного способа обустройства буроопускных свай с обсадной трубой в вечномерзлых грунтах в летний период при обводненных грунтах слоя сезонного промерзания-оттаивания исключает возможность снижения несущей способности буроопускных свай при попадании в скважину грунтового шлама и грунтовых вод, а также исключает влияние сил морозного пучения, возникающих от деформаций пучения в условиях сезонного промерзания-оттаивания.