СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ НАБИВНОЙ СВАИ-ОБОЛОЧКИ
METHOD FOR ERECTION OF BUILT-IN-PLACE PILE-SHELL

Изобретение относится к области строительства, в частности к фундаментостроению и может быть использовано при возведения набивной сваи-оболочки.
Известен способ возведения набивной сваи-оболочки, в котором используется электровакуумирования (Кочерженко В.В., Тюфанов В.А. Использование электровакуумирования бетонной смеси при возведении буронабивной сваи-оболочки / Сборник докладов III Международной научно-практической конференции к 65-летию БГТУ им. В.Г. Шухова. «Наука и инновации в строительстве». Белгород, 2019. С. 227-229). Электровакуумирование осуществляется с помощью установки (формирователя) при возведении набивной сваи-оболочки.
Техническая проблема известного решения заключается в том, что набивная свая-оболочка характеризуется низким сопротивлением грунта под пятой сваи.
Известен способ возведения набивной сваи-оболочки (патент СССР на изобретение №649789, опубликовано 28.02.79, Бюллетень №8), который включает образование в грунте скважины, погружение в нее полого элемента (формирователя) и укладку бетона в пространство между стенками скважины и поверхностью полого элемента с последующим извлечением его из скважины. В скважину погружают полый элемент с наружной эластичной оболочкой, размещенной на нем с зазором, а перед извлечением полого элемента из скважины в зазор между эластичной оболочкой и полым элементом подают рабочий агент под давлением, в качестве рабочего агента используют жидкость или газ.
Техническая проблема известного решения заключается в том, что данный способ рассчитан на мелкозаглубленные набивные сваи оболочки и не позволяет использовать при возведении свай глубокого заложения. Также при уплотнении бетонной смеси не обеспечивается проникновение бетонной смеси в грунт, поэтому дынный способ характеризуется низким сопротивлением грунта по боковой поверхности сваи.
Известен также способ возведения полой сваи (патент СССР на изобретение №1615282, опубликовано 23.12.90, Бюллетень №47), который включает образование скважины, установку в нее инвентарного сердечника (формирователя) с наружной оболочкой и формирование ствола, путем заполнения пространства между стенками скважины и оболочкой бетонной смесью, и последующим извлечением сердечника (формирователя) и оболочки.
Технической проблемой данного способа является то, что при возведении набивной сваи-оболочки несущая способность характеризуется низким сопротивлением грунта по боковой поверхности сваи, а также при бетонировании оболочки не обеспечивается, должным образом, устойчивость стенок набивной сваи.
Известно устройство для возведения набивной сваи-оболочки (патент СССР на изобретение №1079757, опубликовано 15.03.84, Бюллетень №10), который включает процессы по образованию скважины, установку в нее арматурного каркаса, погружение в нее устройства (формирователя), формирование ствола сваи-оболочки путем одновременной подачи бетонной смеси в скважину через полость бетонолитной трубы и проемы, и уплотнение стенок сваи-оболочки с помощью закрепленного на формирователе вибратора. В дальнейшем данное устройство берем за прототип.
С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: образование скважины, установку в нее арматурного каркаса, формирование ствола сваи-оболочки путем подачи бетонной смеси в скважину и уплотнением ее стенок.
Технической проблемой прототипа является то, что при возведении свай-оболочек происходит недоиспользование их несущей способности по материалу в связи с проблематичностью достижения материалом ствола высокой плотности, за счет применения только процесса вибрирования, что приведет к увеличению вероятности появления усадочных трещин в бетоне и потере устойчивости стенок свай-оболочек.
Изобретение направлено на повышение несущей способности набивной сваи-оболочки.
Это достигается тем, что способ возведения набивной сваи-оболочки включает образование скважины, установку в нее арматурного каркаса, формирование ствола сваи-оболочки путем подачи бетонной смеси в скважину и уплотнением ее стенок. В предложенном решении в нижней части скважины образуют лучевидное уширение. Одновременно с уплотнением стенок сваи-оболочки осуществляют отсасывание влаги из бетонной смеси и грунта под воздействием вакуумирования и явления электроосмоса.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 - возводимая набивная свая-оболочка (продольный разрез); на фиг.2 - формирователь; на фиг.3 - сечение А-А; на фиг.4 - сечение Б-Б.
На фиг.1 изображена пробуренная скважина 1 (например, диаметром 1 м и длиной 12 м) с уширением 2 в нижней части, установленный в нее арматурный каркас 3, на поверхности над скважиной 1 размещена направляющая воронка 4, бетонная смесь 5, буровая штанга 6 с расположенной на нем шлангом для откачки жидкости, к которой присоединяется формирователь 7. На фиг.2 изображен формирователь, состоящий из вибратора 8, сопел 9 для отсасывания влаги из бетона и грунта, емкости 10 для набора жидкости. Вокруг сопел 9 образуется область электрического поля 11 взаимодействия электроосмоса и вакуумирования бетонной смеси 5 и уплотненная грунтобетонная оболочка 12.
Предлагаемый способ возведения набивной сваи-оболочки включает образование скважины 1, например, бурением. Бурение выполняется до расчетной отметки буровой установкой, например, гусеничной PRIDE titan 80 gasoline (не показан). Буровую установку следует выбирать с учетом конкретных инженерно-геологических условий строительной площадки, глубины бурения и конечного диаметра скважины 1.
В пробуренную до проектной отметки скважину 1 осторожно опускают уширитель скважины, например, УСМ-4 (не показан) и образуют уширение 2 в нижней части скважины 1. После извлечения уширителя в скважину 1 устанавливают арматурный каркас 3 и над скважиной 1 размещают направляющую воронку 4.
В образованную скважину 1 подают бетонную смесь 5 с помощью автобетоносмесителя (не показан) через направляющую воронку 4 до верхней отметки уширения 2. После этого в скважину 1 до упора с бетонной смесью 5 опускают формирователь 7, который крепится к штанге 6 буровой установки. Затем скважину 1 заполняют бетонной смесью 5 на высоту не менее 500 мм и не более 1,5-3 диаметра скважины 1. При помощи вибратора 8 обеспечивают уплотнение, удаление пузырьков воздуха и равномерное распределение бетонной смеси 5, образуя стенки набивной сваи-оболочки.
Одновременно с уплотнением бетонной смеси 5 стенок набивной сваи-оболочки, применяют явление электроосмоса совместно с вукуумированием. Процесс ваккумирования одного сантиметра толщины бетонной смеси 5 занимает одну минуту, а применение электроосмоса сократит время уплотнения до тридцати секунд. Это позволит ускорить процесс набора прочности бетона сваи-оболочки.
Явление электроосмоса создается через генератор постоянного тока напряжением 40-60 вольт, путем подачи положительного электрического заряда (катод) на арматурный каркас 3, а на сопла 9 формирователя 7 отрицательный электрический заряд (анод). В результате образуется область электрического поля 11 в местах контакта сопел 9 формирователя 7 и арматурного каркаса 3. Суть явления заключается в том, что под действием электрического поля 11 влага в теле с капиллярной, пористой структурой (бетонная смесь и грунт) отсасывается от зоны с положительным электрическим зарядом (катод) и поступает в зону с отрицательным электрическим зарядом (анод). Влага поступает в зону работы сопла 9. Вакуумная система через сопла 9 формирователя 7 осуществляет отсасывание лишней влаги из бетонной смеси 5 при помощи разряженного воздуха, лишняя влага скапливается в емкости 10 для набора жидкости, а после подается на поверхность через шланг (на фиг. не показан) прикрепленный к буровой штанге 6 буровой установки. Применение явления электроосмоса и процесса ваккумирования способствует повышению качества уплотнения бетонной смеси 5, обеспечивает устойчивость стенок набивной сваи-оболочки, уменьшает вероятность появления усадочных трещин в бетоне. Это повысит несущую способность набивной сваи-оболочки.
Далее формирователь 7 поднимают из скважины 1 на следующий участок, с одновременной подачей бетонной смеси 5. Шаг перестановки формирователя 7 на следующий участок не должен превышать 0,8h (где h - высота формирователя) для обеспечения устойчивости стенок набивной сваи-оболочки. Период времени необходимый для нахождения формирователя 7 на каждом участке зависит от типа бетонной смеси 5, мощности вибратора 8, диаметра скважины 1, толщины стенки сваи-оболочки и других факторов, для того чтобы бетонная смесь 5 набрала необходимую проектную прочность, а также была обеспечена устойчивость стенки набивной сваи-оболочки. Время нахождения формирователя 7 на участке может составлять от десяти до шестидесяти минут.
Подачу бетонной смеси 5 осуществляют слоями толщиной не менее 500 мм и не более 1,5-2 диаметра скважины 1 так, чтобы формирователь 7 всегда был полностью закрыт бетонной смесью 5.
По мере извлечения формирователя 7 бетонная смесь 5 уплотняется с помощью вибратора 8, раздвигается в стороны стенок скважины 1, лишняя влага из бетонной смеси 5 и грунта отсасывается, образуя при этом стенки набивной сваи оболочки с уплотненной грунтобетонной оболочкой 12.
Все процессы повторяются до тех пор, пока формирователь 7 не будет извлечен из скважины 1 на поверхность, образовав таким образом набивную сваю-оболочку.
Высота (длина) формирователя 7 должна быть не более 1,5-2 диаметров скважины 1, в противном случае увеличиваются силы трения по боковой поверхности формирователя 7 и бетонной смеси 5, что повышают усилия, направленные на извлечение его из скважины 1 на поверхность. Кроме того, диаметр поперечного сечения формирователя 7 должен быть меньше диаметра скважины 1 на удвоенную толщину стенки набивной сваи-оболочки с учетом удвоенной величины деформации грунта при предельном его сопротивлении. Величина деформации грунта при предельном сопротивлении определяется с помощью прессиометров или штамповыми испытаниями.
Отсасывание влаги из бетонной смеси 5 и грунта за счет ваккумирования и явления электроосмоса позволит уменьшить содержания воды на 15-30%. Это способствует увеличению плотности, повышению прочности на сжатие на 30-40%, что приведет к уменьшению вероятности появления усадочных трещин в бетоне и потере устойчивости стенок сваи-оболочки, в результате чего повысится несущая способность набивной сваи-оболочки. Также совместное действие ваккумирования и явления электроосмоса повысит скорость набора прочности стенок набивной сваи-оболочки.
Использование предлагаемого способа возведения сваи-оболочки позволит повысить несущую способность свай на 15-20%.