СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ СВАИ В СЕЗОННОПРОМЕРЗАЮЩИХ ПУЧИНИСТЫХ ГРУНТАХ
METHOD TO ERECT PILE IN SEASONALLY FREEZING HEAVING SOILS

Изобретение относится к строительству, а именно к технологии возведения свай для закрепления различных строительных конструкций в сезоннопромерзающих пучинистых грунтах.
Известен способ защиты фундаментов сооружений от деформаций пучения в условиях глубокого сезонного промерзания, включающий разметку на поверхности грунта центров зон уплотнения и уплотнение грунта (патент RU №2256750 C2, МКИ E02D 27/35, E02D 31/14, 2003 г.). Зоны уплотнения располагают на осях или вдоль осей фундаментов с перекрытием друг друга, а уплотнение производят путем одновременного образования скважины с раскатывание ее стенок, затем в скважину добавляют материал, изменяющий свойства пучинистого грунта, и вкатывают его в стенки скважины, после чего производят заполнение скважин непучинистым сыпучим материалом с последующим уплотнением, при этом глубина раскатанной скважины не менее глубины сезонного промерзания.
Недостатком этого способа является технологическая сложность, большой объем земляных работ, а также высокая трудоемкость и стоимость. При возведении сваи по настоящему способу требуется специальное оборудование, большое количество времени и большое количество непучинистого сыпучего материала.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является способ погружения трубчатой сваи в многолетнемерзлый грунт, включающий бурение лидерной скважины диаметром, меньшим чем диаметр сваи, в многолетнемерзлый грунт под действием вращательного момента и осевого усилия, заполнение полости трубчатой сваи грунтом и бетоном и выдержку последней до ее смерзания с массивом многолетнемерзлого грунта (патент RU №2128270 C1, МКИ E02D 27/35, E02B 1/00, 1997 г.). Трубчатую сваю заглубляют в массив многолетнемерзлого грунта ниже забоя лидерной скважины, пробуренной на глубину и диаметром, определенным из определенного соотношения, при этом внутреннюю полость трубчатой сваи в процессе ее погружения заполняют грунтом со стенок ствола лидерной скважины.
Недостатком этого способа является технологическая сложность, большой объем земляных работ, а также высокая трудоемкость и стоимость.
Задачей изобретения является упрощение технологии, а также снижение трудоемкости и стоимости возведения сваи в сезоннопромерзающих пучинистых грунтах.
Поставленная техническая задача решается тем, что способ возведения сваи в сезоннопромерзающих пучинистых грунтах включает бурение лидерной скважины и погружение сваи в эту скважину. Согласно изобретению лидерную скважину бурят диаметром, равным двум и более диаметра сваи, на глубину не менее нормативной глубины промерзания грунтов, причем диаметр лидерной скважины выбирают на основании зависимости
D=k×2d,
где: D - диаметр лидерной скважины, см;
k - корреляционный коэффициент бурения лидерной скважины для морозной пучинистости грунтов различной степени, k=1÷1,2;
d - диаметр сваи, см;
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.
На фиг.1 изображена принципиальная схема выполнения лидерной скважины в сезоннопромерзающих пучинистых грунтах и заполнение ее непучинистым сыпучим инертным материалом; на фиг.2 - полость от лидерной скважины, заполненная непучинистым сыпучим инертным материалом; на фиг.3 - свая, погруженная на проектную длину в полость от лидерной скважины, заполненную непучинистым сыпучим инертным материалом; на фиг.4 - разрез по А-А по фиг.3.
Способ возведения сваи в сезоннопромерзающих пучинистых грунтах осуществляют следующим образом.
Посредством известных механизмов в грунте бурят лидерную скважину 1 на глубину не менее нормативной глубины промерзания грунтов. Глубина бурения лидерной скважины 1 зависит от географического местоположения объекта строительства, вида грунтов и их сложения, начиная от дневной поверхности или уровня планировки и других параметров состояния грунтов, но она не может быть более 2,0 метров.
Диаметр лидерной скважины 1 выбирают на основании зависимости
D=k×2d,
где: D - диаметр лидерной скважины, см.;
k - корреляционный коэффициент бурения лидерной скважины для морозной пучинистости грунтов различной степени, k=1÷1,2;
d - диаметр сваи, см.
Грунты по степени морозной пучинистости разделяются на слабопучинистые, среднепучинистые и сильнопучинистые. Степень морозной пучинистости зависит от вида грунтов, их природной влажности, положения уровня стояния грунтовой воды на период, соответствующий началу промерзания грунта. Для свай, погруженных в грунты различной степени морозной пучинистости, требуется различная защита, которая зависит от толщины слоя непучинистого сыпучего инертного материала 2, окружающего по окружности сваю 3 (между ней и сезоннопромерзающим пучинистым грунтом). Толщина этого слоя зависит от диаметра лидерной скважины, на который влияет корреляционный коэффициент бурения лидерной скважины, зависящий от степени морозной пучинистости грунтов:
- для слабопучинистых грунтов корреляционный коэффициент бурения лидерной скважины равен k=1,0,
- для среднепучинистых грунтов корреляционный коэффициент бурения лидерной скважины равен k=1,1,
- для сильнопучинистых грунтов корреляционный коэффициент бурения лидерной скважины равен k=1,2.
Настоящие корреляционные коэффициенты бурения лидерной скважины для морозной пучинистости грунтов различной степени были определены опытным путем и это было подтверждено многолетними наблюдениями за сваями, установленными согласно изобретению в грунтах различной степени морозной пучинистости.
После бурения лидерной скважины 1 ее полость заполняют непучинистым сыпучим инертным материалом 2 до уровня устья. После этого по центру лидерной скважины 1 в непучинистый сыпучий инертный материал 2 погружают сваю 3 на проектную глубину.
Для слабопучинистых грунтов диаметр лидерной скважины 1 и, соответственно, толщина слоя непучинистого сыпучего инертного материала 2 по окружности сваи 3 между ней и сезоннопромерзающим пучинистым грунтом будет минимальной. А для сильнопучинистых грунтов диаметр лидерной скважины 1 и, соответственно, толщина слоя непучинистого сыпучего инертного материала 2 по окружности сваи 3 между ней и сезоннопромерзающим пучинистым грунтом будет максимальной. Таким образом, для каждого степени пучинистых грунтов используется минимальное количество непучинистого сыпучего инертного материала 2 для заполнения лидерной скважины 1. Для сильнопучинистых грунтов корреляционный коэффициент k>1,2 устанавливать нецелесообразно, так как это приведет к необходимости бурить лидерную скважину 1 бóльшего размера и, соответственно, к неоправданно большому расходу непучинистого сыпучего инертного материала для ее заполнения.
Установка сваи 3 по центру лидерной скважины 1 обеспечивает ей одинаковую защиту от действия сезоннопромерзающих пучинистых грунтов со всех ее сторон. При вхождении сваи 3 в полость, образованную лидерной скважиной 1 и заполненной сыпучим непучинистым инертным материалом 2, происходит самоуплотнение пучинистого грунта по внутренней поверхности лидерной скважины 1 на всю глубину, равную нормативной глубине промерзания грунтов, но не более 2,0. Данный эффект образует дополнительный слой уплотненного пучинистого грунта, являющегося естественным препятствием в процессе инфильтрации пучинистого грунта в непучинистый грунт засыпки лидерной скважины 1.
Таким образом, между боковой поверхностью сваи 3, находящейся в пределах нормативной глубины промерзания и пучинистым грунтом по цилиндрической поверхности, образованной лидерной скважиной 1, будет образован слой сыпучего непучинистого инертного материала 2. Он служит подобием смазочного материала, который полностью нейтрализует действие касательных сил морозного пучения на боковую поверхность сваи 3, величина которой будет практически равна нулю, следовательно, величина касательных сил морозного выпучивания будет, соответственно, равна нулю.
Предложенный способ позволяет значительно упростить технологию возведения искусственных свайных оснований, уменьшить объемы земляных работ, а также снизить трудоемкость и стоимость фундаментов на искусственном свайном основании в сезоннопромерзающих пучинистых грунтах. Изобретение обеспечивает надежность защиты свай от морозного пучения в течение всего периода их эксплуатации.