ИНЪЕКЦИОННАЯ СВАЯ ДЛЯ СЛАБЫХ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ

Полезная модель относится к строительству, в частности к области возведения свайных оснований и фундаментов на слабых глинистых грунтах, и может быть использована в промышленном и гражданском строительстве, как при возведении новых зданий и сооружений, так и при усилении фундаментов старых, поврежденных или требующих реконструкции.
Известна инъекционная свая, выполненная по способу, защищенному патентом РФ на изобретение №2238366. Инъекционная свая содержит бетонный ствол, трубчатый инъектор с перфорацией на большей части длины, конусный наконечник, выполненный в виде диска, выступающего за контур инъектора, который приварен к нижнему концу инъекторной трубы, и пластин острия. Инъекторная труба в зависимости от длины сваи может состоять из нескольких секций, наращиваемых в процессе погружения и свариваемых между собой с помощью патрубка меньшего диаметра, чем диаметр инъекторной трубы. В верхней части инъектор имеет уширительное кольцо, выше которого перфорация отсутствует.Эта часть инъектора используется для устройства тампонажа. Инъектор после возведения играет роль ее арматуры. Преимущество такой сваи в том, что вдавливание наконечника, нарезание продольных пазов и погружение инъекторной трубы производят одновременно с образованием зазора между стенкой скважины и инъекторной трубой. Недостатком является то, что, ввиду небольшого диаметра отверстий в стенках инъектора для инъекцирования твердеющего раствора, возникает необходимость использовать специальные подвижные мелкозернистые растворы и бетоны. Применение полужестких и жестких крупнозернистых и тяжелых бетонов невозможно. Кроме того, для изготовления инъектора требуется наличие производственных мастерских, что приводит к увеличению сроков и стоимости изготовления инъектора, а процесс изготовления сваи становиться малоэкономичным.
Более технологичная и менее трудоемкая в сравнении с предыдущим аналогом является инъекционная свая по патенту РФ на полезную модель №87718, опубл. 20.10.2009 г. Свая содержит бетонный ствол и инъектор. Инъектор состоит из инъекционного ствола и конусного наконечника. В зависимости от длины сваи инъекционный ствол может состоять из нескольких секций, наращиваемых в процессе погружения и свариваемых между собой. Каждая секция выполнена из четырех прокатных уголков, образующих в поперечном сечении квадрат с зазорами между отдельными ветвями и соединенных между собой с помощью поперечных планок или арматурных стержней. В верхней части инъекционного ствола имеется уширительное кольцо, выше которого ствол имеет сплошное поперечное сечение. Эта часть инъектора используется для устройства тампонажа. К нижней секции приварен конусный закрытый наконечник с уширением в виде круглого диска, диаметр которого превышает размеры сторон ствола и режущих пластин, приваренных к диску снизу. Погружение инъектора осуществляется вдавливанием, что приводит к формированию скважины с диаметром, равным диаметру наконечника, а между инъекционным стволом и стенками скважины образуется воздушный зазор. После погружения инъектора на проектную глубину, скважина заполняется сверху бетонной смесью через инъектор. Инъектор остается в теле сваи и играет роль арматуры. В верхней части между стенкой скважины и инъектором устраивается тампонаж. Такая конструкция инъекционной сваи наиболее близка к заявляемой и принята за прототип.
Достоинство прототипа в том, что при вдавливании инъектора между стенкой скважины и инъекционным стволом образуется зазор. Это позволяет снизить усилие вдавливания инъектора в грунт, приводит к более качественному формированию бетонного ствола инъекционной сваи и, в целом, к снижению трудоемкости ее изготовления.
Недостатки прототипа заключаются в следующем. При устройстве скважины в слабых водонасышенных глинистых грунтах происходит оплывания стенок скважины, что приводит к существенному снижению качества бетона инъекционной сваи за счет перемешивания бетонной смеси, подаваемой сверху-вниз через инъекционную трубу, с грунтовой массой и снижению ее несущей способности.
Задачей предлагаемой полезной модели является исключение существующих недостатков прототипа, повышение качества бетона ствола сваи и ее несущее способности по материалу в слабых глинистых грунтах. Технический результат, обеспечивающий решение задачи, заключается в использовании восходящей технологии бетонирования («снизу-вверх»), что исключает существенное перемешивание бетонной смеси с грунтовой массой, а также в уплотнении грунта вокруг сваи путем повышения давления нагнетания бетонной смеси в радиальном направлении.
Задача и технический результат достигается следующим образом.
Как и в прототипе, инъекционная свая содержит бетонный ствол, устроенный путем инъектирования бетонной смеси, инъектор, выполняющий одновременно роль арматурного каркаса и состоящей из одной или нескольких секций, выполненных из профильных уголков, жестко соединенных между собой с помощью поперечных планок или арматурных стержней, конусный наконечник, закрепленный на нижнем конце инъектора и выполненный виде диска, выступающего за контур инъектора и режущих пластин, приваренных к диску снизу.
В отличие от прототипа инъекционная свая дополнительно содержит уложенную на грунт стопорную пластину, выполненную с отверстием, с помощью которого она надета на инъектор и приварена к нему, при этом площадь стопорной пластины превышает площадь сваи. Отличием является также то, что бетонный ствол сваи сформирован путем нагнетания бетонной смеси снизу-вверх с помощью опущенного внутрь инъектора бетоноподающего рукава.
Между собой секции инъектора могут быть соединены посредством сварки состыкованных торцов профильных уголков или состыкованы торцами и соединены общими соединительными поперечными планками, установленными в местах стыка. Профильные уголки смежных секций, в частном случае, могут быть состыкованы также внахлест и затем сварены между собой.
Отличие от прототипа заключается в отсутствии уширительного кольца в верхней части инъекционного ствола. В отличие от прототипа, согласно полезной модели, бетонирование скважины осуществляется через бетоноподающий рукав, опушенный к нижнему концу инъектора. Наличие воздушного зазора позволяет с помощью бетоноподающего рукава выполнять бетонирование восходящим способом, что приводит к выталкиванию бетоном грунтовой массы из скважины за счет большей плотности бетонной смеси. Это приводит к повышению качества бетона тела инъекционной сваи. Стопорная пластина препятствует выходу бетонной смеси на поверхность при дополнительном расширении скважины в радиальном направлении, что приводит к уплотнению грунта вокруг сваи.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 приведен инъектор для устройства инъекционной сваи, выполненный из прокатных уголков заводского изготовления, соединенных между собой с помощью планок. На фиг.2 показан процесс бетонирования скважины. На фиг.3 приведено поперечное сечение скважины в процессе бетонирования скважины. На фиг.4 показана стопорная пластина. На фиг.5 конечный вид сваи со стопорной пластиной по заявленной полезной модели
Инъекционная свая содержит бетонный ствол 1 (фиг.5), инъектор, который в зависимости от длины сваи может состоять из одной или нескольких секций. Каждая секция выполнена из прокатных уголков 2 (фиг.1), жестко соединенных между собой с помощью поперечных планок 3 (фиг.1) или арматурных стержней (на чертеже не показаны). К нижнему концу инъектора приварен конусный наконечник 4 (фиг.1). Нагнетание бетонной смеси производится через бетоноподающий рукав 6 (фиг.3). После полного заполнения скважины бетоном бетоноподающий рукав извлекается, и устанавливается стопорная пластина 5 (фиг.4, 5). Стопорная пластина препятствует выходу бетонной смеси на поверхность при дополнительном расширении скважины в радиальном направлении под действием давления бетонной смеси скважины. После окончания процесса расширения скважины и падения давления в бетоне сваи стопорная пластина 5 может быть демонтирована.
Осуществление полезной модели. Инъекционная свая устраивается в следующей последовательности. На строительную площадку завозится материал для устройства инъектора (прокатные уголки, листовая сталь). В зависимости от требуемых размеров нарезают уголки 2 нужной длины и соединяют их между собой при помощи планок 3 или арматурных стержней на сварке. Устраивают первую секцию инъектора с наконечником 4 из стальных пластин.
Погружение инъектора осуществляется следующим образом. На поверхность грунта устанавливают вертикально нижнюю секцию наконечником 4 вниз. Вдавливание выполняют с помощью специального вдавливающего оборудования (домкрат, гидроцилиндр и др.). По мере погружения секции инъектора вокруг него образуется скважина диаметром, равным диаметру диска наконечника 4. Как только нижняя секция будет полностью задавлена, если ее длины будет недостаточно, то на нее устанавливают, а затем вдавливают рядовую секцию. Секции соединяют между собой на сварке торцами или внахлест. Последующие рядовые и верхнюю секцию устраивают аналогично.
После погружения инъектора до проектной отметки через бетоноподающий рукав 6 осуществляют подачу подвижной бетонной смеси восходящим методом. После чего к инъектору приваривается стопорная пластина 5. Затем производится дополнительное расширение скважины в радиальном направлении под действием давления бетонной смеси (0,2…0,8 МПа), что приводит к уплотнению грунта вокруг скважины и увеличению несущей способности сваи. После окончания процесса расширения скважины и падения давления в бетоне сваи стопорная пластина 5 может быть демонтирована или оставлена на месте.