Способ возведения буронабивной сваи

 

Изобретение относится к строительству, в частности к строительству фундаментов в слабых грунтах. Способ включает бурение скважины в грунте с применением промывочной жидкости и последующее подводное бетонирование сваи, отличается применением в качестве промывочной жидкости водного раствора гидролизованного полиакрилнитрила, причем подводное бетонирование осуществляют после образования на стенках скважины гель-камня.

Изобретение относится к строительству.

В слабых грунтах приходится вести сооружение свайных фундаментов на глубину десятков метров бурением скважины до достижения твердого грунта и заполнением ее бетонным раствором.

Несущая способность сваи определяется надежностью ее опоры о дно скважины, а также величиной сил бокового трения между сваей и стенками скважины.

Известен способ сооружения буронабивных свай путем бурения скважины с применением глинистого раствора в качестве промывочной жидкости с последующим подводным бетонированием [1] Глинистые растворы, применяемые, как правило, в качестве промывочных жидкостей при бурении скважины, обладают высокой плотностью и инерционностью и обеспечивают вследствие этого хорошую эффективность выноса разбуренного грунта, а также кольматируют стенки скважины, укрепляя их и предотвращая обрушение. Широкому применению глинистых растворов способствует также повсеместная доступность сырья-глины и его дешевизна.

Недостатком применения при бурении скважин под сваи глинистых промывочных жидкостей является неизбежность образования на дне скважины, в основании сваи глинистой подушки, вызывающей в дальнейшем усадку сваи. Глинистый шлам, оседая из бурильного раствора на дно скважины, образует там в процессе бурения глинистую подушку, удаление которой из скважины требует больших трудозатрат и никогда не бывает абсолютным (даже после сушения скважины и попыток удаления шлама с ее дна вычерпыванием остается слой толщиной не менее 2-3 см). Для сваи глубиной 40 м при больших рабочих нагрузках (например, порядка 100 т на сваю диаметром 50 см, когда давление составляет около 50 кг/см²) это является опасным обстоятельством, снижающим ее несущую способность.

Глинистый слой, образующийся в процессе бурения на стенках скважин, кольматирует поверхность стенок и этим закрепляет их, предотвращая их обрушение в ходе бурения. Но этот глинистый слой не только не создает надежного сцепления бетона со стенками скважины, но и действует между ними как смазка, вызывая эффект отрицательного трения и способствуя соскальзыванию сваи в них. В результате при нагрузке сваи усилия концентрируются на ее основании, снижая ее несущую способность. Таково негативное действие на несущую способность сваи глинистых промывочных жидкостей.

Кольматирующее действие глинистого раствора на стенки скважины сказывается не всегда достаточным для их прочного закрепления, в ходу бурения и бетонирования возможно обрушение стен. Для его предотвращения бетонирование ведут с применением обсадных труб. Но высокая стоимость обсадных труб сильно удорожает технологию, к тому же их применение не спасает сваи от указанного выше недостатка: снижения несущей способности вследствие образования в основании сваи глинистой подушки и вследствие действия эффекта отрицательного трения на стенках скважины.

Для повышения несущей способности сваи идут обычно по пути усиления сил бокового трения за счет упрочнения стенок скважины с одновременным усилением их сцепления с бетоном сваи.

Так, перед заполнением скважины твердеющим материалом в нее подают бетонную смесь с добавкой ферритового порошка, воздействие на которую магнитным полем приводит к вкраплению частиц смеси в стенки скважины, тем самым упрочняя их и усиливая одновременно степень связывания стенки скважины с бетоном сваи [2] Это достаточно дорогой способ, требующий затрат электроэнергии, применения специфической аппаратуры, материалов.

Известно заполнение скважины жидким стеклом с выдержкой его в скважине до проникновения в стенки на глубину 3-5 см, с последующим удалением жидкого стекла из скважины и заполнением ее бетоном через 2-5 ч после этого. Это создает по всему периметру скважины равномерный прочный водонепроницаемый, водойустойчивый слой с хорошим сцеплением его с бетоном, создающим дополнительное взаимодействие грунта с бетоном, сваи, что значительно повышает ее несущую способность [3] Но это оказывается дорогой и трудоемкой процедурой в дополнение к процессу бурения и бетонирования.

Известно применение в качестве промывочной жидкости при бурении гидрогеологических скважин в рыхлых породах водогипановых растворов (ВГР), ВГР это безглинистая пpомывочная жидкость, содержащая гипан, растворенный в технической воде. Гипан-гидролизованный полиакрилнитрил, получаемый омылением полинака каустиком. Гипан вязок, хорошо растворим в воде, образует на поверхности грунта пленку гель-камня высокой прочности. Гипан придает водогипановым растворам технологические свойства, необходимые для успешного бурения скважин, высокую эффективность по выносу разбуренного материала и кольматизационные свойства [4] Ближайшим к изобретению является способ возведения буронабивной сваи, включающий бурение скважины в грунте с использованием промывочной жидкости и последующее подводное бетонирование [5] Недостатками известного способа сооружения свай являются низкая несущая способность сваи, обусловленная недостаточным сцеплением бетона ствола со стенками скважины, а также сложная технология производства работ, и неэкономичность, обусловленная использованием дорогостоящих материалов.

Задачей изобретения является повышение несущей способности сваи.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном способе сооружения буронабивных свай, включающем бурение скважины в грунте с применением промывочной жидкости и последующее подводное бетонирование сваи, бурение скважины ведут с применением водогипанового раствора в качестве промывочной жидкости, причем подводное бетонирование осуществляют после образования на стенках скважины гель-камня.

Шлам, образующийся при бурении скважины под сваю с водогипановым раствором, выносится полностью из скважины, в отличие от более плотного и тяжелого глинистого шлама, образующегося при бурении с глинистым раствором, интенсивно оседающего на дне в процессе бурения и образующего там глинистую подушку. Таким образом, бурение скважины под сваю с применением водогипанового раствора, исключая возможность образования на дне скважины шламовой подушки, обеспечивает свае прочную опору о грунт, тем самым предотвращая опасность ее усадки в дальнейшем и повышая по сравнению с прототипом несущую способность сваи.

При этом водогипановый раствор образует на стенках скважины в ходе бурения пленку гель-камня высокой пpочности. При заполнении скважины бетоном ВГР, более легкий, вытесняется им наверх, не проникая в массу бетона. В зоне же соприкосновения стенок, покрытых гель-камнем, и бетона, ВГР, неизбежно заполняющий зазор между ними, также превращается в гель-камень, обеспечивая соединение бетона сваи со стенками скважины более прочное, чем это имеет место в случае применения глинистых растворов, повышая в итоге боковое трение по сравнению с прототипом, где глинистый слой, образующий в ходе бурения на стенках скважины, создает отрицательное боковое трение, способствующее оседанию сваи.

В целом изобретение обеспечивает по сравнению с прототипом повышение несущей способности сваи, повышение прочности соединения стенок скважины с бетоном ствола.

П р и м е р. Для сооружения в слабых грунтах буронабивных свай ведут бурение скважины под сваю с применением в качестве промывочной жидкости водогипанового раствора. По окончании бурения проводят подводное бетонирование сваи, подавая бетон в заполненную ВГР скважину предпочтительно под давлением под слой бетона.

В ходе бурения водогипановый раствор, обладающий высокой степенью вязкости, обеспечивает интенсивный вынос грунта из скважины, будучи безглинистой жидкостью, ВГР не способствует утяжелению шлама, как это имело бы место под действием глинистых промывочных жидкостей, когда утяжеленный глиной шлам оседал бы на дно скважины, не поддаваясь выносу из скважины и приводя к возникновению на дне скважины, под основанием сваи, глинистой подушки. Пробуренная с применением ВГР скважина под сваю не имеет глинистой подушки на дне, что не создает опасности оседания сваи впоследствии, в ходе ее эксплуатации. Таким образом повышается несущая способность сваи.

При этом свойство ВГР образовывать на грунте при контакте с ним пленку гель-камня приводит к образованию в ходе бурения на стенках скважины слоя гель-камня, укрепляющего их, предохраняющего от обрушения и снижающего фильтрационный эффект. Бетон плотно заполняет скважину, вытесняя наверх более легкий ВГР, не смешиваясь с ним. Неизбежный даже при самом плотном заполнении скважины бетоном зазор между поверхностью бетонной массы и гель-камнем, покрывающим стенки скважины, остается заполненным водогипановым раствором, который в последствии также превращается в гель-камень, обеспечивая прочное соединение стенок скважины с бетоном. Образуется монолит "свая-грунт", связь их стенок через гель-камень обеспечивает более высокое боковое трение, чем при применении глинистых промывочных жидкостей, как в прототипе.

Способ применим для изготовления свай в широком диапазоне величины диаметра сваи и глубины бурения скважины, геолого-гидрологических условий грунтов.

Применение изобретения обеспечивает простой и дешевый способ сооружения в слабых грунтах свай высокой несущей способности без применения дорогостоящего современного оборудования.

Формула изобретения

СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ БУРОНАБИВНОЙ СВАИ, включающий бурение скважины в грунте с использованием промывочной жидкости и последующее подводное бетонирование ствола, отличающийся тем, что бурение скважины ведут с использованием в качестве промывочной жидкости водного раствора гидролизованного полиакрилнитрила, а подводное бетонирование осуществляют после образования на стенках скважины гель-камня.