СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БУРОНАБИВНОЙ СВАИ
BORED PILE MANUFACTURING METHOD

Изобретение относится к строительству, а именно к технологии изготовления буронабивных свай.
Основной проблемой, возникающей при изготовлении свай в грунте, является обеспечение сплошности ствола сваи. При бетонировании буронабивных свай возникают дефекты в стволе сваи, например, из-за превышения допустимой скорости подъема бетонолитной трубы, в результате чего создается вакуум в скважине и образование непрогнозируемых воздушных и водных прослоек в стволе сваи, вывала грунта из стенок в полость скважины и попадания грунта в бетонное «тело» сваи и других неблагоприятных технологических факторов, приводящих к образованию в бетонном «теле» сваи разуплотненных зон, пустот и участков с пониженной прочностью бетона, что, в свою очередь, приводит к снижению общей прочности и надежности сваи. Обычно контроль буронабивных свай на наличие в них дефектов выполняют, например, сейсмоакустическими или ультразвуковыми методами после схватывания бетонной смеси, уложенной в скважину, и набора твердеющим бетоном определенной прочности, когда ликвидировать эти дефекты (пустоты) уже не возможно. В результате свая с дефектами выбраковывается и вместо нее выполняют новую дублирующую сваю, что приводит к существенному увеличению материальных и трудовых затрат на устройство свайного фундамента.
С целью снижения материальных и трудовых затрат на изготовление свай качество бетонирования в стволе сваи и наличие дефектов целесообразно определять сразу после заполнения скважины бетонной смесью, то есть до начала твердения (формирования жесткой пространственной структуры) бетона. Гелеобразное состояние бетона сохраняется, в зависимости от состава бетонной смеси, в течение непродолжительного отрезка времени - от 1 часа до 4-5 часов после ее укладки скважину. Сваи обычно бетонируют бетонами с высокими марками цемента и бетона. Как правило, применяют цементы с высоким содержанием трехкальциевых силиката и алюмината. При гидратации таких цементов выделяется значительное количество тепла. Причем тепла выделяется тем больше, чем выше класс (прочность) бетона. Измеряя температуру схватывающейся бетонной смеси, уже на этой стадии можно оценить зоны пониженной прочности по пониженной температуре по сравнению с остальной массой бетона.
Известен, например, способ контроля изготовления свай, включающий формирование скважины, установку в ней арматурного каркаса с закрепленными на нем температурными датчиками, прокладку линий связи, подачу в скважину отверждаемого материала и мониторинга его температуры с помощью системы установленных датчиков (Патент РФ №2538362, МПК G01K 13/00, E02D 5/34, опубл. 10.01.2015, бюл. №1). Однако арматурный каркас с отличными от бетона значениями теплоемкости и теплопроводности может оказать существенное влияние на показания закрепленных на нем датчиков.
Известен способ оценки сплошности бетонной сваи, включающий бурение скважины, спуска арматурного каркаса и установку измерительных трубок внутри и снаружи арматурного каркаса вдоль продольной оси сваи, подачу бетона в скважину и измерение температуры бетона в процессе заливки путем перемещения измерительного устройства внутри измерительных трубок. Далее в режиме реального времени строится температурный профиль тела сваи, который сравнивают с профилем, построенным для идеальных условий, и по аномальным значениям температур определяют наличие и положение дефектов сваи. В качестве ликвидационных мер, авторы известного способа предлагают извлечение бетона из зоны аномальных температур, промывку водой и повторную заливку бетоном (Патент США №6,783,273, МПК G01N 25/00, 25/72, G01K 3/00, опубл. 31.08.2004). Данное известное решение взято за прототип.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, является повышение надежности буронабивных свай за счет обеспечения возможности контроля сплошности ствола сваи и устранения выявленных дефектов в процессе производства работ, а также снижение материальных и трудовых затрат.
Заявленный технический результат достигается тем, что в способе, включающем бурение скважины, установку в нее арматурного каркаса с закрепленными на нем измерительными трубками, подачу в скважину бетонного раствора и выдерживание его до затвердевания, согласно изобретению, к внутренней стороне арматурного каркаса заранее, с заданным шагом в поперечном сечении и на всю длину сваи закрепляют, по крайней мере, три трубки-инъектора, выполненные с щелевыми отверстиями закрытыми эластичными манжетами, выполняющими роль обратных клапанов, в которых, после подачи в скважину бетонного раствора и достижения им 5-10% прочности, измерительным устройством, опуская его вниз по всему стволу сваи, с шагом не более 300 мм замеряют температуру бетона сваи, строят пространственные графики распределения температур и определяют зоны минимальных температур, после чего, не вынимая измерительного устройства из одной из трубок-инъекторов, через свободные трубки-инъекторы в зоны минимальных температур последовательно инъектируют укрепляющий раствор под давлением не менее 50-70% от достигнутой к моменту инъектирования прочности бетона и с температурой выше температуры зон минимальных температур до выравнивания температуры в этих зонах, затем сваю выдерживают в течение 15-60 минут, замеряют температуру и в случае понижения температуры инъекцию раствора повторяют.
Трубки-инъекторы выполняют с щелевыми отверстиями длиной не менее 100 мм и расположенными с шагом равным шагу определения температуры бетона в теле сваи.
В качестве инъектируемого раствора применяют быстротвердеющие цементы с повышенной экзотермической способностью.
Сущность предлагаемого способа поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан вертикальный разрез сваи и горизонтальное сечение сваи с установленными измерительными трубками-инъекторами.
Способ изготовления буронабивной сваи реализуется следующим образом.
В массиве грунта одним из известных способов формируют скважину 1. На внутренней стороне арматурного каркаса 2 параллельно его продольной оси, на всю длину, равномерно, с заданным шагом в поперечном сечении прикрепляют, по меньшей мере, 3 специальные трубки - 3а, 3б, 3в, предназначенные для измерения температуры в теле сваи и инъектирования укрепляющего раствора. Трубки выполнены перфорированными, с щелевыми отверстиями длиной не менее 100 м, расположенными с шагом равным шагу определения температуры бетона в теле сваи и закрытыми эластичными манжетами 4, выполняющими роль обратных клапанов. Далее арматурный каркас опускают в скважину и заливают скважину раствором бетона. После заполнения скважины, раствор выдерживают в течение 1-6 часов до достижения им 5-10% прочности. После этого, последовательно во все три измерительные трубки-инъекторы 3а, 3б и 3в опускают измерительный прибор 5, например, термометрический зонд, подключенный к регистрирующему устройству-анализатору 8 и позволяющий определять температуру бетона с точностью не менее 0,1 град. Затем по высоте по всему сечению сваи с шагом не более 300 мм производят замеры температур. Результаты замеров автоматически поступают на регистрирующее устройство 8 и по результатам измерений в режиме реального времени строят пространственные графики распределения температуры в теле сваи, по которым определяют местоположение дефектов сваи - зон бетона с пониженной температурой по сравнению с остальной массой бетона. Такое выделение зон пониженной прочности уже можно производить при отличии в них температуры от остальной массы бетона на 2-3 град. После определения зон пониженной температуры, не вынимая температурного зонда 1 из последней скважины (3в) его устанавливают на уровне ослабленной зоны для контроля температуры в процессе ликвидации зон пониженной прочности бетона. Для ликвидации зоны пониженной прочности бетона в нее адресно последовательно закачивают специальный укрепляющий раствора бетона 7 через две другие свободные трубки-инъекторы (3а и 3б). Укрепляющий раствор нагнетают с помощью специального пакера 6 в зону минимальных температур, при этом пакер устанавливают на уровне не менее чем на 0,9 м ниже и на 0,9 м выше ослабленной зоны. Специальный укрепляющий раствор, представляющий собой раствор цемента с высоким содержанием трехкальциевого силиката и алюмината, подогретый до температуры выше температуры ослабленной зоны бетона на 1 град, нагнетают до повышения температуры в зонде не менее чем на 0,5 град. Затем пакер переставляют во вторую трубку-инъектор и в таком же порядке производят нагнетание укрепляющего раствора, подогретого до температуры на 1 град выше достигнутой в предыдущей инъекции, до повышения температуры в зонде также на 0,5 град. Затем обе трубки-инъекторы промывают водой при температуре равной температуре раствора и замеряют температуру в ослабленной зоне. Считают, что ослабленная зона укреплена достаточно, если ее температура не понижается в течение 30 минут. Если температура ослабленной зоны понижается в течение 30 минут, описанную выше операцию закачки повторяют. После достижения значений температуры в ослабленных зонах бетона соответствующих основному температурному фону бетона, в свае производят контрольное измерение температуры по всей ее длине.
В качестве инъектируемого укрепляющего раствора применяют быстротвердеющие цементы с повышенной экзотермической способностью.
По окончании инъектирования трубки-инъекторы освобождают от раствора, например, путем промывки или бурения с промывкой. В процессе твердения бетона сваи трубки-инъекторы можно использовать для контроля прочности бетона, например, ультразвуковым методом.