Способ изготовления свай с уширенной пятой
METHOD OF MANUFACTURING PILES WITH WIDENED HEEL

Изобретение относится к строительству, а именно к способам изготовления свай с уширенной пятой.
Известен способ изготовления свай с уширенной пятой (Препринт № 41, 1990 г., часть 1. В.А. Григоращенко, А.Е. Земцова, А.Л. Исаков, Ю.Б. Рейфисов. Укрепление оснований пневмопробойниками. Академия наук СССР, Ордена Ленина Сибирское отделение, Институт горного дела, г. Новосибирск, с. 23), заключающийся в проходке скважины, формовании ствола сваи на высоту уширения, формовании уширенной пяты повторными заполнениями и проходками пневмопробойника до требуемого наружного диаметра уширенной пяты, возвращение пневмопробойника и заполнение скважины бетонной смесью.
Общими существенными признаками аналога и предлагаемого технического решения являются: проходка скважины, формование уширенной пяты в нижней части скважины и заполнение скважины бетонной смесью.
Недостатками способа является высокая трудоемкость и стоимость процесса формования уширенной пяты, ведь для получения даже незначительного уширения необходимо заполнить нижнюю часть скважины полусухой бетонной смесью и пройти по ней пневмопробойником, извлекая его после каждой проходки. Кроме того, заполнение нижней части скважины полусухой бетонной смесью зачастую связано с зависанием этой смеси в устье или стволе скважины и необходимостью проталкивать ее вниз, что повышает трудоемкость процесса и снижает надежность способа.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ изготовления буровых свай (Дорошкевич Н.М., Клейн Г.К., Смиренкин П.П. Основания и фундаменты. Изд-во «Высшая школа», М., 1972, стр. 230), включающий бурение скважины, разбуривание уширения раскрывающимися ножами, наполнение скважины жидким раствором глины, удаление эжектором или насосом жидкого раствора глины после окончания бурения скважины и заполнение образованной полости бетоном.
Общими признаками прототипа и предлагаемого решения являются: образование скважины, уширение скважины в ее нижней части и заполнение образовавшейся полости бетоном.
Недостатками способа являются: использование сложного дорогостоящего оборудования, ограничение диаметра уширенной пяты длиной раскрывающихся ножей, что существенно снижает эффективность способа и надежность столь сложной конструкции.
Проблемой предлагаемого технического решения является повышение эффективности и надежности способа изготовления свай с уширенной пятой, которая решается за счет значительного упрощения его реализации и возможности изменения диаметра уширенной пяты.
Для решения указанной проблемы в способе изготовления свай с уширенной пятой, включающем образование скважины, уширение ее в нижней части и заполнение образовавшейся полости бетоном, согласно изобретению указанное уширение скважины производят подачей в нижнюю часть скважины на высоту уширения газообразующей жидкости, посредством которой разупрочняют грунт, доводя его до состояния газоводяной пульпы, которую удаляют.
Подача газообразующей жидкости в нижнюю часть скважины на высоту уширения с последующим разупрочнением грунта вокруг нижней части скважины приводит к образованию там уширения, поскольку газообразующая жидкость через поры и трещины в стенках скважины глубоко проникает за пределы этой скважины, образуя газоводяную пульпу, которую несложно удалить обычным насосом, что повышает эффективность способа, так как появляется возможность создания уширенной полости разного диаметра, и повышает надежность за счет отказа от использования дорогостоящего и ненадежного оборудования.
Целесообразно после образования скважины на ее дно установить непроницаемый элемент, а после подачи газообразующей жидкости установить на ее поверхности съемный непроницаемый элемент. Эти операции позволят распространяться газообразующей жидкости в основном в горизонтальной плоскости, что повысит эффективность способа за счет увеличения диаметра расширения при том же расходе газообразующей жидкости, бетона и, как следствие, повысит несущую способность будущей сваи и сохранит ее проектную длину.
Целесообразно газообразующую жидкость подавать в нижнюю часть скважины на высоту уширения под давлением. В этом случае проникновение газообразующей жидкости будет глубже в окружающий нижнюю часть скважины грунт, причем, регулируя величину давления, можно регулировать диаметр уширения скважины, а следовательно, несущую способность будущей сваи.
Сущность технического решения поясняется примером реализации способа изготовления свай с уширенной пятой и чертежом, на котором отображена схема реализации способа.
Способ реализуется следующим образом:
В массиве 1 грунта образуют скважину 2 либо посредством бурения, либо пробивкой, например, пневмопробойником (не показано). Затем из бака 3 подают газообразующую жидкость 4 в нижнюю часть скважины 2 на высоту уширения.
Газообразующая жидкость 4 представляет собой водный раствор по меньшей мере одного поверхностно-активного вещества (ПАВ) и одного газообразующего агента (например, 5-10% раствора перекиси водорода). Газообразование производят непосредственно в порах грунта, поскольку последний, как правило, содержит естественные катализаторы (окислы металлов), позволяющие производить разложение газообразующего агента (перекиси водорода) на кислород и воду. Проникая в трещины, поры и микропоры грунта, образовавшийся газ абсорбируется на поверхности пор и трещин. В результате взаимодействия на границе газ-твердое тело понижается величина свободной поверхностной энергии (эффект Ребиндера), происходит расширение пор, соединение их между собой, что ведет к разрушению структуры грунта. Водные растворы ПАВ, взаимодействуя с поверхностями микропор и трещин грунта, снижают свободную энергию на их поверхности, приводя к дальнейшему разупрочнению грунта вокруг нижней части скважины 2. Образуется газоводяная пульпа 5, при этом диаметр зоны разупрочненного грунта значительно превышает диаметр скважины 2. Посредством насоса 6 удаляют всю газоводяную пульпу 5, образуя, таким образом, уширение скважины 2 в ее нижней части со стенками естественного грунта. Все уширение, а также ствол скважины 2, заполняют бетоном, получая таким образом сваю с уширенной пятой и повышенной несущей способностью, т.к. основная часть несущей способности сваи (особенно у коротких свай) приходится на лобовую поверхность сваи.
Для сокращения расхода бетона, увеличения эффективности способа и снижения стоимости его реализации на дно образованной скважины 2 устанавливают непроницаемый элемент 7 из отходов фанеры, металла и т.д., а после заливки газообразующей жидкости 4 на ее поверхность устанавливают съемный непроницаемый элемент 8 с ручкой 9 для его демонтажа с целью проведения последующих операций: удаления газоводяной пульпы 5 и заполнения образованной полости бетоном. В этом случае основная масса газообразующей жидкости 4 будет проникать в боковые стенки скважины 2, значительно увеличивая диаметр разупрочненного грунта, при тех же расходах газообразующей жидкости 4 и бетона диаметр уширенной пяты увеличивается, повышая таким образом несущую способность изготавливаемой сваи.
Для повышения эффективности способа, газообразующую жидкость 4 из бака 3 подают под давлением, тогда ее проникновение в поры и трещины грунта будет более глубоким, а следовательно, увеличится зона разупрочненного грунта (газоводяной пульпы). Уширенная пята будет еще большего размера, что приведет к повышению несущей способности сваи. Регулируя давление подаваемой газообразующей жидкости 4, можно регулировать диаметр уширенной пяты сваи.
Заполнением образованной полости 10 бетоном под давлением можно также значительно увеличить несущую способность сваи.