СПОСОБ ВДАВЛИВАНИЯ СВАЙ И/ИЛИ ДРУГИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD TO PRESS IN PILES AND/OR OTHER BUILDING STRUCTURES AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Предлагаемое изобретение относится к области строительства и может быть использовано при укреплении фундаментов внутри здания.
После многолетней эксплуатации сооружения несущая способность фундамента может оказаться недостаточной, вследствие этого могут возникнуть незапланированные осадки, образоваться трещины. Для дальнейшей безаварийной эксплуатации такого сооружения требуется усиление несущей способности фундамента. Другой причиной, требующей усиленный фундамент, является надстройка этажей, увеличивающая нагрузку на существующий фундамент.
Производство работ по укреплению фундаментов внутри здания всегда затруднено из-за стесненных условий: максимальный размер h от ростверка до перекрытия может составлять менее трех метров. Очевидно, что в этих условиях использование тяжелой строительной техники невозможно из-за ее больших габаритных размеров. Другим важным фактором, ограничивающим применение тех или иных методов, является использование в них динамических воздействий на погружаемую сваю, которые могут влиять на окружающую среду и вызвать дополнительные осадки. К их числу относятся методы вибропогружения, забивные технологии с помощью пневмоударных устройств, дизельных копров и т.д.
Наиболее предпочтительным в этом случае является метод статического вдавливания сваи. Однако промышленное оборудование для реализации этого метода представляет собой, как правило, два трактора, на одном из которых монтируется высокая прямоугольная рама, либо используют кран. Габаритные размеры такого оборудования не позволяют использовать его для работы внутри подвальных помещений реконструируемых зданий.
Устройство буровых свай также не сопряжено с возникновением больших динамических воздействий, а при работе из подвалов существующих зданий можно использовать малогабаритный буровой станок. Однако главным недостатком этих свай является ограниченная, а порой и непредсказуемая несущая способность (до 25%) по сравнению с забивными и статически вдавливаемыми сваями, в которых погружение происходит без выемки грунта.
Известен способ усиления фундаментов существующих зданий и сооружений (патент РФ №2319809, E02D 27/08, опубл. 20.03.2008 г.), включающий предварительное образование отверстий в фундаменте, установку в этих отверстиях полых цилиндрических анкерных устройств и закрепление каждого анкерного устройства в отверстиях фундамента и последующие поочередное вдавливание свободно проходящих сквозь полости цилиндрических анкерных устройств элементов составных свай до заданной глубины с использованием упорной конструкции, содержащей гидродомкрат и обеспечивающей захват выступающей над верхней поверхностью фундамента части анкерного устройства, и закрепление головного элемента каждой сваи. Согласно изобретению в качестве полых цилиндрических анкерных устройств используют анкерные трубы, имеющие постоянный по длине диаметр внешней поверхности, а их закрепление в отверстиях фундамента осуществляют посредством цементации затрубного пространства, при этом захват выступающей над верхней поверхностью фундамента части анкерной трубы производят с помощью шарнирного хомута в виде раскрывающегося по вертикали на две части цилиндра в рабочем положении с соединенными болтами его упомянутыми двумя частями, подпираемого снизу кольцом, связанным тяжами с верхней плитой упорной конструкции, причем в выполненные с внутренней стороны хомута и не выходящие на его торцы выемки в каждой из двух его частей предварительно вставляют радиально изогнутые плашки, имеющие рифленую или зубчатую вогнутую поверхность, конгруэнтную внешней поверхности анкерной трубы, на которой их закрепляют, зажимая болтами, соединяющими две части шарнирного хомута, после чего, устанавливая шток гидродомкрата сверху на элемент составной сваи и упирая цилиндр гидродомкрата в нижнюю поверхность верхней плиты упорной конструкции, производят поочередное вдавливание элементов составной сваи, после которого закрепляют головной элемент сваи посредством цементации зазора между сваей и внутренней поверхностью анкерной трубы.
Выступающую над верхней поверхностью фундамента часть анкерной трубы после закрепления головного элемента сваи обрезают предпочтительно под уровень верхней поверхности фундамента.
При этом в качестве тяжей используют металлические тросы или металлические штанги.
Недостатком данного способа и устройства для его реализации является необходимость образования отверстий в существующем фундаменте, что приведет к временному ослаблению существующего фундамента. Кроме того, необходимость образования отверстий увеличивает трудоемкость и сложность проведения работ.
Наиболее близким к предлагаемым способу и устройству является устройство для вдавливания свай и/или других строительных конструкций и способ вдавливания с его использованием (патент РФ №2159829, E02D 7/20, опубл. 27.11.2000 г.). Способ по патенту №2159829 включает устанавливание в зоне вдавливания предлагаемого устройства, поднятие и установление вдавливаемой конструкции на точку погружения, подведение механизма вдавливания к головке вдавливаемой конструкции и вдавливание. Согласно изобретению устанавливание устройства производят укладыванием в зоне вдавливания по меньшей мере двух продольных элементов с упорами, выполненными с возможностью заведения в них элементов соединения, размещением на них опор, фиксацией опор с помощью элементов соединения, соединением опор между собой элементом преимущественно балочной конструкции, несущим силовой конструктив механизма вдавливания, а подведение механизма вдавливания осуществляют перемещением силового конструктива по балочному элементу и/или перемещением опор по продольным элементам.
Изменение способа установления устройства для вдавливания позволяет проводить вдавливание без переоборудования устройства.
Существенным недостатком способа и устройства по патенту №2159829 является сложность и трудоемкость проведения работ в стесненных условиях, обусловленная необходимостью прокладки длинных рельсов. Кроме того, само устройство также достаточно сложное в изготовлении, монтаже и эксплуатации.
Техническая задача, решаемая в предлагаемом изобретении, заключается в снижении трудоемкости и упрощении работ по изготовлению оборудования и проведению работ в стесненных условиях при повышении несущей способности существующего свайного фундамента на существующем строении.
Поставленная задача решается тем, что в способе вдавливания свай и/или других строительных конструкций, включающем, как и прототип, установку системы анкеровки с опорой и механизмом вдавливания, установку вдавливаемого элемента под механизм вдавливания и вдавливание последнего, в отличие от прототипа в качестве опоры системы анкеровки используют несущую колонну сооружения. Под механизм вдавливания устанавливают два вдавливаемых элемента симметрично относительно опоры, а вдавливание осуществляют одновременно обоих элементов, причем, в процессе вдавливания осуществляют постоянный контроль величины их погружения и, в случае необходимости, выравнивание величины их погружения
Использование в качестве опоры системы анкеровки несущей колонны сооружения обеспечит максимальное снижение трудоемкости при проведении работ в стесненных условиях. Одновременное вдавливание двух вдавливаемых элементов, установленных симметрично относительно опоры, позволит упростить работы по вдавливанию свай. При этом повысится несущая способность существующего свайного фундамента и исключается появление изгибающего момента и опасных разрушающих напряжений в колонне.
Устройство для реализации заявляемого способа включает систему анкеровки в виде опоры с упором, несущими механизм вдавливания. При этом в качестве опоры используют несущую колонну сооружения, а упор выполнен в виде двух одинаковых частей, обхватывающих несущую колонну и соединенных между собой, механизм вдавливания выполнен в виде шарнирно установленного на опоре коромысла, выполненного из двух одинаковых частей, обхватывающих опору и соединенных между собой, и установленных на свободных концах коромысла домкратов, причем коромысло установлено с образованием наклонных зазоров с опорой и с упором.
Предлагаемая конструкция позволит существенно упростить изготовление и эксплуатацию заявляемого устройства, поскольку не требуется изготовление специальной опоры для системы анкеровки. При этом существенно снижается трудоемкость при изготовлении и эксплуатации заявляемого устройства, а габаритные размеры заявляемого устройства обеспечат возможность эффективной работы в стесненных условиях.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, на котором схематически представлено заявляемое устройство, установленное на несущей колонне существующего сооружения, сваи существующего фундамента и две симметрично установленные укрепляющие сваи.
На чертеже показан существующий отдельно стоящий фундамент, включающий в себя три висячих сваи 1, оголовки которых объединены между собой ростверком 2, на котором установлена несущая колонна 3
Заявляемое устройство включает упор 4, установленный на опоре 3 в виде несущей колонны существующего сооружения. Упор 4 выполнен в виде двух одинаковых частей, обхватывающих несущую колонну и соединенных между собой. На упоре 4 установлен механизм вдавливания, выполненный в виде коромысла 5 из двух одинаковых частей, обхватывающих опору 3 и соединенных между собой. Коромысло 5 установлено на упоре 4 через шарнир 6 с образованием наклонных зазоров 7 и 8 с опорой 3 и с упором 4. На свободных концах коромысла 5 установлены домкраты 9.
Предлагаемое устройство работает, а способ осуществляют следующим образом.
На опоре в виде несущей колонны 3 существующего сооружения устанавливают упор 4, выполненный в виде двух одинаковых частей, обхватывающих несущую колонну и соединенных между собой. На упоре 4 устанавливают механизм вдавливания, выполненный в виде коромысла 5 из двух одинаковых частей, обхватывающих опору и соединенных между собой. Коромысло 5 устанавливают на упоре 4 через шарниры 6 с образованием наклонных зазоров 7 и 8 с опорой 3 и с упором 4. На свободных концах коромысла 5 устанавливают домкраты 9. Под домкраты 9 симметрично относительно опоры 3 устанавливают два вдавливаемых элемента 10 в виде отрезков полых металлических труб и осуществляют вдавливание одновременно обоих элементов 10. В процессе вдавливания осуществляют постоянный контроль величины погружения каждого из элементов 10 и, в случае необходимости, выравнивают величины их погружения. От вдавливания каждого элемента 10 возникают вращающие моменты противоположных знаков, равные произведению усилий погружения на плечо коромысла 5. При равенстве плеч коромысла 5 условия равновесия сохраняются, если усилия вдавливания на каждом элементе 10 будут равны. В этом случае процесс вдавливания протекает без наклонения коромысла, с сохранением величины наклонных зазоров 8 между коромыслом 5 и упором 4 и наклонных зазоров 7 между коромыслом 5 и опорой 3. В случае, если вдавливание элементов 10 сопровождается некоторой разницей усилий, может возникать перекос коромысла 5 и появление на опоре 3 дополнительного вращающего момента, представляющего определенную опасность разрушения опоры 3. Установка коромысла 5 с возможностью поворота относительно оси шарнира 6 за счет наклонных зазоров 7 и 8 позволит в случае неравенства усилий вдавливания при обгоне либо отставании погружения одного из элементов 10, своевременно скорректировать положение элементов 10 изменением усилий на домкратах 9, что приведет к простому и эффективному усилению существующего фундамента, исключив появление критического угла поворота коромысла 5 относительно оси 11 и изгибающего момента на опоре 3. Для компенсации возможного дополнительного вращающего момента устанавливают защиту, например, в виде деревянных брусьев 12, опертых одним концом на ростверк 2, другим - на плечи коромысла 5. Когда элементы 10 будут вдавлены на заданную глубину, а домкраты возвращены в исходное положение, брусья 12 будут удерживать коромысла 5 на неизменной высоте и позволят наращивать под домкраты 9 следующие отрезки вдавливаемых элементов 10, далее процесс повторяют.
В зависимости от условий работы и наличия оборудования для проведения работ могут быть использованы гидродомкраты или винтовые домкраты.