СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ СВАИ В ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТАХ В УСЛОВИЯХ ПЛОТНОЙ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ
METHOD OF PILED CONSTRUCTION IN TRANSIENT SOILS UNDER CONDITIONS OF DENSE URBAN BUILDING

Изобретение относится к области строительства, в частности к способам возведения свай для строительства зданий и сооружений, преимущественно в просадочных грунтах в условиях плотной городской застройки.
Известен способ возведения сваи в просадочных или набухающих грунтах (патент СССР на изобретение №1201403, опубликовано 30.12.85, Бюллетень №48), который включает образование скважины с уплотнением ее стенок и погружения ствола сваи через скважину. При уплотнении стенок скважины в них образуют расположенные по винтовой линии чередующиеся пазы и выступы. Расстояние в свету в плане между выступами соответствует диаметру и диагонали сечения ствола сваи. Перед погружением в скважину ствола осуществляют закрепление грунта стенок скважины.
Техническая проблема известного решения заключается в том, что при просадке грунта, полностью не исключается действие сил отрицательного трения по боковой поверхности сваи, тем самым при нагружении сваи, ее несущая способность снижается.
Наиболее близким к изобретению техническим решением, принятым за прототип, является способ возведения сваи в просадочных или набухающих грунтах (патент СССР на изобретение №857349, опубликовано 23.08.81, Бюллетень №31), который включает образование скважины пробивкой снарядом станка ударно-канатного бурения БС-1М и укладку в нее твердеющего материала. После укладки твердеющего материала в скважину устанавливают сваю с уширенным оголовком и заглубляют ее в уложенный твердеющий материал на 0,5-1,5 м. Затем зазор между стенками скважины и сваей заполняют сухим глинистым порошком. После нысыпки порошка ростверк бетонируется.
С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: установка сваи с уширенным оголовком в образованную в грунте скважину и заполнение зазора.
Технической проблемой прототипа является то, что при возведении сваи в просадочных грунтах данным способом не исключены динамические воздействия, возникающие при образовании скважин снарядом ударно-канатного бурения, при движение машин вблизи скважин, при работе технологического оборудования действующих производств, поэтому возможен случай обрушения скважины и как следствие возникновение сил отрицательного трения по боковой поверхности сваи. Также образование скважин снарядом ударно-канатного бурения оказывает негативное влияние, ввиду динамических воздействий, на стоящие рядом здания и сооружения. Поэтому данный способ невозможно применять при строительстве зданий и сооружений в плотной городской застройке.
Изобретение направлено на повышение несущей способности сваи, возведенной в просадочных грунтах в условиях плотной городской застройки, за счет исключения сил отрицательного трения при просадке грунта.
Это достигается тем, что способ возведения сваи в просадочных грунтах в условиях плотной городской застройки, включающий установку сваи с уширенным оголовком в образованную в грунте скважину с зазором, и заполнение зазора. В предложенном решении скважину образуют бурением буровой установкой до расчетной отметки, а сваю, выполненную с уширенной пятой, заглубляют в непросадочный грунт вибрационным способом или вдавливанием, причем в процессе заглубления сваи зазор между боковой поверхностью сваи и стенками скважины заполняют приготовленной смесью невзрывным разрушающим веществом с водой.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 - возводимая свая (продольный разрез); на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 1.
zp
zg
sl
zp
zg
sl
На чертеже фиг. 1 изображена свая переменного сечения 1 (например сечением 250×250 мм длиной 12 м), установленная в лидерную скважину 2 (например диаметром 350 мм). Верхняя часть сваи имеет уширенный оголовок 3, а нижняя - уширенную пяту 4 (поперечный размер которых равен диаметру скважин, например 350 мм). Зазор между боковой поверхностью сваи и стенками скважины заполнен приготовленной смесью 5 НРВ (невзрывное разрушающее вещество) с водой. Вокруг скважины грунтовая оболочка 6 из уплотненного грунта. Нижняя отметка оголовка 7 соответствует отметке, где сумма вертикальных напряжений от веса фундамента σ и грунта σ равняются начальному просадочному давлению ρ (σ+σ=ρ). Расчетная отметка 8 соответствует отметке на которой расчетная просадка грунта под собственным весом при его замачивании равняется предельной деформации основания для проектируемого здания или сооружения. Выше этой отметки действует отрицательные силы трения грунта, а ниже - положительное сопротивление. Свая заглублена уширенной пятой в непросадочный грунт 9.
Предлагаемый способ возведения сваи в просадочных грунтах включает образование скважины 2 бурением. Бурение выполняется до расчетной отметки 8 буровой установкой, например гусеничной XCMG XR120D (на фиг. не показан). Для получения наиболее высоких технико-экономических показателей буровые установки следует выбирать, с учетом конкретных геолого-технических условий, конечного диаметра скважины и методов бурения.
После того, как скважина 2 пробурена, на поверхности над скважиной устанавливают загрузочную воронку (на фиг. не показана). Диаметр нижней части воронки должен быть больше диаметра скважины 2, например на 15 см. Установленную, в крепежный захват вибропогружателя, сваю 1 размещают над скважиной 2, совмещая ось сваи 1 с осью скважины 2 и загрузочной воронкой.
Сваю заглубляют уширенной пятой 4 в непросадочный грунт 9 на глубину не менее 0,5 м вибрационным или методом погружения свай вдавливанием. Сваю заглубляют в грунт так, что верхняя грань уширенной пяты оказывается на глубине, соответствующей расчетной отметке 8, а нижняя часть уширенного оголовка 3 - отметке 7. В процессе погружения сваи 1 в непросадочный грунт 9, под нижним концом уширенной пяты 4, образовывается зона из уплотненного грунта. Наличие уплотненного грунта, под пятой сваи, повышает несущую способность и снижает осадку сваи.
При образовании скважины буровой установкой и заглублении сваи вибрационным или методом вдавливания в непросадочный грунт, отсутствуют динамические воздействия негативно влияющие на стоящие рядом здания и сооружения, поэтому данный способ возможно применять в условиях плотной городской застройки.
В процессе заглубления сваи образованный зазор между боковой поверхностью сваи 1 и стенками скважины 2, заполняют приготовленной заранее смесью 5 НРВ с водой через загрузочную воронку (например, ручным способом), до нижней грани оголовка (отметка 7). Уширенный оголовок 3 сваи будет препятствовать потере давления расширения и самопроизвольному выбросу НРВ на поверхность.
После того, как свая будет заглублена уширенной пятой до проектной отметки, в ходе химической реакции НРВ увеличивается в объеме в 2-3 раза. Просадочный грунт вытесняется от боковой поверхности сваи и уплотняется, образуя грунтовую оболочку 6.
При бурении, буровой установкой, стенки скважины будут намного меньше уплотнены, чем при образовании скважины пробивкой снарядом. В предлагаемом способе необходимо максимально дальше вытеснить грунт от боковой поверхности сваи. Поэтому в результате химической реакции НРВ с водой в данном способе, будет образовываться больший зазор между боковой поверхностью сваи и грунтовой оболочкой, чем это могло бы произойти, при образовании скважины пробивкой снарядом. Это повышает эффективность применения предлагаемого способа.
Сущность процессов, происходящих в грунте при замачивании просадочной толщи, заключается в следующем. При повышении влажности или замачивания возникает коренное изменение структуры просадочных грунтов, в которых под действием собственного веса грунта и веса фундамента возникают дополнительные осадки, называемые просадками. Возникающие силы отрицательного трения передаются на грунтовую оболочку, вызывая его поступательное движение вниз. Зазор, между сваей и грунтовой оболочкой, препятствует передаче сил отрицательного трения грунта по боковой поверхности.
Использование предлагаемого способа возведения сваи в просадочных грунтах, позволит повысить несущую способность свай на 10-20%, за счет исключения сил отрицательного трения по боковой поверхности свай, что позволит добиться экономии железобетона. Также существует возможность применения данного способа в условиях плотной городской застройки, что существенно расширяет область его применения.