СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ НАБИВНОЙ КОНСТРУКЦИИ В ГРУНТЕ
METHOD OF ERECTION RAMMING DESIGN IN SOIL

Изобретение относится к строительству, а именно к технологии возведения конструкций, например свай в грунтах, где не обеспечивается устойчивость стенок буровых скважин, может быть использовано для свайных фундаментов новых строящихся зданий и сооружений, реконструируемых старых зданий, а также конструкций самого различного назначения.
Буронабивные сваи широко применяются для усиления перегруженных оснований зданий и сооружений; строительства новых объектов вблизи с уже существующими объектами; усиления оснований существующих зданий в связи с реконструкцией или повышением эксплуатационных нагрузок; корректирования крена здания или отдельных фундаментов; противооползневой защиты зданий; реконструкции и строительства в стесненных условиях внутри действующих объектов; усиления железнодорожных насыпей с нестабильным балластным шлейфом; строительства новых объектов в сложных грунтовых условиях.
Известен способ изготовления буронабивной сваи с уширенной пятой, включающий бурение скважины под сваю, спуск на дно скважины заряда взрывчатого вещества, заполнение скважины бетонной смесью, взрывание заряда детонирующего ВВ и образование в грунте камуфлетного уширения нижнего конца сваи (Ганичев И.А. «Устройство искусственных оснований и фундаментов». М., Стройиздат, 1981, с. 65).
Недостатком известного способа является недопустимость его использования в условиях реконструкции, внутри действующих производств из-за неконтролируемого взрыва от детонации, сейсмического влияния на окружающие объекты и др.
Известен способ возведения набивкой сваи, включающий выполнение скважины бурением, подачу в нее твердеющего материала, уплотнение его с помощью электрических разрядов с перемещением зоны возбуждения снизу вверх, отличающийся тем, что бурение осуществляют шнековым снарядом, на конце которого размещен с возможностью выдвижения электрический разрядник, причем подачу твердеющего материала в скважину осуществляют по ребордам шнекового снаряда, по достижении снарядом дна скважины поднимают его без вращения в скважине на высоту 0,8-1,5 диаметра скважины, а после заполнения образовавшегося объема непрерывно подаваемым твердеющим материалом выдвигают разрядник и осуществляют электрический разряд, затем повторяют операции подъема снаряда и электрических разрядов до заполнения скважины на всю глубину, что способствует уширению скважины и увеличению сцепления скважины с грунтом RU 2318960, МПК E02D 5/34, опубл. 10.03.2008.
Недостатком данного состава является недостаточная ширина набивной сваи.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является способ возведения набивной конструкции в грунте, включающий образование скважины, подачу в скважину твердеющего материала, установку в нее имеющего электроды инвентарного электрического излучателя, соединенного с источником импульсных электрических разрядов, возбуждение высоковольтных электрических разрядов с помощью излучателя с последующим извлечением его из скважины, отличающийся тем, что по крайней мере один высоковольтный разряд производят с одновременной подачей в межэлектродное пространство излучателя недетонирующей водонаполненной экзотермической смеси и ее сжиганием при высоковольтном электрохимическом взрыве с выделением газов, пара и плазмы и созданием давления до 100 МПа и ударной волны, дополнительно расширяющих скважину, с уплотнением грунта ее стенок и заполняющего скважину твердеющим материалом RU 2221918, МПК E02D 5/34, E02D 5/38, опубл. 20.01.2004.
Недостатком данного способа является его малая эффективность для создания высокого давления при уширении скважины, а также ненадежность ввиду недостаточной устойчивости применяемой экзотермической водонаполненной смеси.
Задачей изобретения является создание более эффективного и надежного способа возведения набивной сваи с уширенной пятой, позволяющего получить качественные сваи, обеспечить высокие несущую способность и прочность материала конструкции.
Техническим результатом изобретения является увеличение эффективности и надежности способа, замена недетонирующего состава на смеси различных перекисных соединений, являющихся индивидуальными соединениями и обладающих способностью при разложении получить более сильную ударную волну для создания уширения.
Технический результат достигается за счет того, что в способе возведения набивной конструкции в грунте, включающем образование скважины, подачу в скважину твердеющего материала, установку в нее имеющего электроды коммутирующего разрядника, соединенного с источником импульсных электрических разрядов, возбуждение высоковольтных электрических разрядов с помощью излучателя, причем каждый высоковольтный разряд производят с одновременной подачей в межэлектродное пространство разрядника недетонирующей экзотермической смеси и ее сжиганием при высоковольтном электрохимическом взрыве в соответствии с заявляемым изобретением, в качестве недетонирующей экзотермической смеси в межэлектродное пространство подают смесь дибензоилпероксида с дитретбутилпероксидом или смесь дибензоилпероксида с третбутилпербензоатом в соотношениях в смесях (1:1)-(3:1). В качестве твердеющего материала могут использовать, например бетонную смесь.
Новизна способа заключается в улучшении эффективности уширяющей способности недетонирующей смеси при использовании неводных смеси дибензоилпероксида с дитретбутилпероксидомом или с третбутилпербензоатом при различном, указанном выше соотношении.
Из информационных источников неизвестно использование в качестве недетонирующей экзотермической смеси дибензоилпероксида с дитретбутилпероксидом или смеси дибензоилпероксида с третбутилпербензоатом в соотношениях в смесях (1:1)-(3:1) в сочетании с высоковольтным разрядом в твердеющем материале. Поэтому можно сделать вывод о соответствии изобретения критерию изобретательский уровень.
На рис. 1а изображено бурение скважины 1 шнековым снарядом 2 с размещенным на его нижнем конце разрядником и капсулой с недетонирующей смесью 3, последующее ее сжигание на высоте (0,8-1,5) d - диаметра скважины посредством подачи импульса высоковольтного напряжения через электрический разрядник с образованием камуфлетной полости и последующим заполнением твердеющим материалом этой полости. Процесс представлен на рис. 1б, на рис. 2в изображен следующий подъем снаряда на высоту (0,8-1,5) d от поверхности твердеющего материала 4; на рис. 2 г изображена полученная набивная свая с уширенной пятой 5.
Способ осуществляется следующим образом. Производят проходку цилиндрической скважины 1 шнековым бурильным снарядом 2. Одновременно с бурением происходит выемка грунта. После прохождения бурильного снаряда на требуемую глубину осуществляют подъем его на высоту (0,8-1,5) диаметра полученной скважины 1. Высота, равная (0,8-1,5) диаметра полученной скважины, определена эмпирически исходя из условия неосыпаемости грунта в полученной скважине при подъеме снаряда и известна в технике таких сооружений. Нижний ее предел взят для слабых в отношении осыпаемости грунтов, например пылевато-песчаных, биогенных и им подобных. Высший предел определен для связных грунтов. Одновременно с подъемом бурильного снаряда начинают подачу твердеющего материала 4, который может подаваться самотеком за счет гравитационных сил, давления, прикладываемого к твердеющему материалу, а после достижения снарядом нужной высоты может быть произведено вращение снаряда в направлении, обратном направлению бурения, для ускорения заполнения образовавшегося при подъеме объема под снарядом 2 и создания некоторого давления для лучшего заполнения вышеуказанного объема. Предлагаемая недетонирующая смесь подается в патроне (капсуле) из полимерного материала, который дополнительно прикрепляется к электрическому разряднику. Патрон (капсула) содержит недетонирующую смесь, состоящую из смеси неводных дибензоилпероксида с дитретбутилпероксидомом или с третбутилпербензоатом при различном соотношении. Затем производят электрический разряд в этом объеме, который имеет взрывной характер с большими электродинамическими усилиями, действующими во всех направлениях. При этом часть твердеющего материала 4 внедряется в дно и боковые стенки скважины, упрочняя их, а уровень твердеющего материала занимает положение ниже первоначального. Бурильный шнековый снаряд поднимают на высоту (0,8-1,5) диаметра скважины от уровня твердеющего материала, образованного после первого заряда. Затем вышеприведенные операции (подъема и разряда) повторяют до заполнения скважины на всю глубину.
Для реализации способа были использованы следующие вещества: дибензоилпероксид ГОСТ 14888-78, дитретбутилпероксид ТУ 6-5-2026-86, третбутилпербензоат ТУ 6-5-1997-85
Пример 1. Осуществляли возведение сваи длиной 10 м бурильным шнековым снарядом, на конце которого установлен с возможностью выдвижения разрядник с капсулой, содержащий недетонирующую смесь, подсоединенный малоиндуктивным кабелем к электроразрядной станции (емкостный накопитель энергии) 20 кДж, внешний диаметр которого 230 мм. В качестве несущего слоя использовался песок пылеватый средней плотности, не водонасыщенный. После прохождения снаряда на глубину 10 м осуществляли его подъем на высоту на 184 мм, что составляет 0,8 от диаметра 230 мм, так как именно такой диаметр имеет скважина, которая образована бурильным снарядом, и одновременно подачу твердеющего материала. После остановки бурового снаряда вращали его в направлении, противоположном направлению бурения.
Твердеющий материал подавали до прекращения поглощения материала, что свидетельствовало о полном заполнении полости под бурильным снарядом. После этого производили разряд для сжигания недетонирующей смеси посредством подачи импульса высоковольтного напряжения через электрический разрядник с образованием камуфлетной полости, которая в последующем заполнялась твердеющим материалом. При этом в качестве недетонирующей смеси использовали смесь смесь дибензоилпероксида с третбутилпербензоатом при соотношении 50:50. Об эффективности используемой недетонирующей смеси судили по объему бетона, расходуемого на заполнение пустоты, образующейся при сжигании смеси. Масса смеси и объем расходуемого бетона представлены в табл. 1. Затем поднимали буровой снаряд на высоту на 184 мм, повторно производили разряд, одновременно заполняя освобождающийся объем, и все операции повторяли до полного заполнения скважины 10 м. При этом свая имеет диаметр, значительно превосходящий первоначальный, полученный при бурении.
После набора прочности производились статические испытания изготовленных свай, которые показали несущую способность свай 85 т. Ожидаемая несущая способность свай при расчете по существующим методикам 45 т. Это свидетельствует о том, что предлагаемый способ возведения свай позволил увеличить несущую способность свай до 40%.
Эти операции рекомендуется продолжать до прохождения всего слоя грунта, после чего вновь изменяют направление смещения нижнего торца обсадной трубы и разрядника относительно друг друга в скважине и повторяют описанные ранее операции способа, пока не будет полностью изготовлен ствол сваи. В результате изготавливается набивная свая с уширенной пятой с повышенной несущей способностью.
Пример 2. Осуществляют возведение сваи аналогично примеру 1, где в качестве недетонирующей смеси используют смесь дибензоилпероксида с третбутилпербензоатом при соотношении 25:75. Масса недетонирующей смеси и объем расходуемого бетона представлены в табл. 1.
Пример 3. Осуществляют возведение сваи аналогично примеру 1, где в качестве недетонирующей смеси используют смесь дибензоилпероксида с дитретбутилпероксидом при соотношении 50:50. Масса недетонирующей смеси и объем расходуемого бетона представлены в табл. 1.
Пример 4. Осуществляют возведение сваи аналогично примеру 1, где в качестве недетонирующей смеси используют смесь дибензоилпероксида с дитретбутилпероксидом при соотношении 75:25. Масса недетонирующей смеси и объем расходуемого бетона представлены в табл. 1.
Заявляемый способ также позволяет изготавливать набивную сваю с уширенной пятой в грунтах, где не обеспечивается устойчивость стенок буровых скважин, а также в структурно-неустойчивых грунтах (илы, торфы, водонасыщенные заторфованные грунты и т.п.).
Эффективность используемых недетонирующих смесей определялась по объему бетона, расходуемого для заполнения пустот, которые образуются в результате сгорания различных недетонирующих смесей, приведенных в табл. 1. Как видно из табл. 1, при сгорании равных количеств смесей 2-5 объем расходуемого бетона в несколько раз превышает объем бетона, выдавливаемого прототипом, что связано с тем, что смеси 2-5 используются в чистом виде, а прототип используется в виде водного раствора. Для достижения необходимого эффекта требуется большее количество смеси 1, что невозможно с определенными размерами контейнера и пространства в свае.