Способ образования скважин в грунте для сооружения набивных свай и устройство для его осуществления

Изобретение относится к строительству, в частности к технологии возведения свайного фундамента в вытрамбованных скважинах в неустойчивых, водонасыщенных или насыпных грунтах, и может быть использовано при подготовке оснований и устройстве фундаментов в промышленном, гражданском и жилищном строительстве. Способ образования скважин в грунте для сооружения набивных свай включает одновременное погружение ударами молота штампа и обсадной трубы до проектной отметки, извлечение штампа и обсадной трубы, предварительно осуществляют погружение в грунт комплекта рабочего органа, включающего обсадную трубу с оголовком, расположенного коаксиально обсадной трубе штамп с корпусом, бойком и наконечником, при этом штамп с корпусом, бойком и наконечником используют в качестве трамбователя, выступающего из обсадной трубы. Технический результат состоит в повышении степени уплотнения грунта и несущей способности фундаментов на набивных сваях в неустойчивых, насыпных и водонасыщенных грунтах. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к строительной отрасли, в частности к технологии возведения свайного фундамента в вытрамбованных скважинах в неустойчивых, водонасыщенных или насыпных грунтах, и может быть использовано при подготовке оснований и устройстве фундаментов в промышленном, гражданском и жилищном строительстве.

Известен способ образования скважин в грунте под свайные фундаменты на уплотненном основании, заключающийся в забивке молотом обсадной трубы с раскрывающимся наконечником, засыпке во внутреннюю полость жесткого строительного материала, трамбовании трамбовкой внутри обсадной трубы строительного материала с вытеснением его при раскрытии наконечника и постепенном извлечении обсадной трубы лебедкой базовой машины, дополнительным трамбованием плоской трамбовкой поверхности сваи (см., например, Абраменков Э.А., Грузин В.В. Средства механизации для подготовки оснований и устройства фундаментов. - Новосибирск: НГАСУ, 1999, стр.41).

Недостатком указанного способа является то, что образование скважин с забивкой молотом обсадной трубы и применением дополнительной трамбовки не позволяет получить основание под фундаменты с достаточной несущей способностью, что приводит к образованию кустов из таких скважин и, как следствие, к существенному расходу строительных материалов.

Известен способ образования скважин в грунте на уплотненном основании, который заключается в одновременном погружении штампа и обсадной трубы, извлечении штампа лебедкой базовой машины из обсадной трубы, установке арматурного каркаса и бетонировании скважины с одновременным извлечением обсадной трубы извлекающим устройством (см., например, Абраменков Э.А., Грузин В.В. Средства механизации для подготовки оснований и устройства фундаментов. - Новосибирск: НГАСУ, 1999, стр.44 - прототип). Способ как имеющий наибольшее количество совпадающих существенных признаков с предлагаемым изобретением принят в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является то, что способ образования скважин с забивкой обсадной трубы и рабочего органа погружающим оборудованием не позволяет получить фундаменты с достаточной несущей способностью, поскольку не образует расширенного опорного основания, что приводит к образованию кустов из таких скважин и, как следствие, к существенному расходу строительных материалов.

Известно устройство, навешиваемое на экскаватор или копер, включающее базовую машину с подпорной стрелой, мачтой и оголовком, извлекающее устройство, систему управления навесным оборудованием, обсадную трубу с оголовком, расположенного коаксиально обсадной трубе штампа с корпусом, бойком и наконечником (см., например, Абраменков Э.А., Грузин В.В. Средства механизации для подготовки оснований и устройства фундаментов. - Новосибирск: НГАСУ, 1999, стр.73-74 - прототип).

Недостатком устройства является то, что оно не позволяет использовать штамп рабочего органа в качестве уплотняющего ударного устройства, что снижает несущую способность опорного основания под сваю.

Недостатки прототипа можно исключить, если осуществить способ образования скважин и использование устройства в следующей последовательности:

1) одновременно погрузить ударами молота штамп и обсадную трубу до проектной отметки;

2) извлечь штамп и обсадную трубу, предварительно погрузив в грунт комплект рабочего органа;

3) под действием сил гравитации штампом нанести удары по обсадной трубе с одновременным втрамбовыванием жесткого строительного материала в стенки образовавшейся скважины с погружением ее до проектной отметки;

4) поднять штамп, засыпать жесткий материал (щебень, глину и т.д.) в дно котлована и втрамбовывать его в основание котлована;

5) установить арматурный каркас, бетонировать и одновременно (по мере бетонирования) постепенно извлекать обсадную трубу извлекающим устройством.

В способе образования скважин в грунте для сооружения набивных свай, включающем одновременное погружение ударами молота штампа и обсадной трубы до проектной отметки, извлечение штампа и обсадной трубы, предварительно осуществляют погружение в грунт комплекта рабочего органа, затем под действием сил гравитации штампом наносят удары по обсадной трубе с одновременным втрамбовыванием жесткого строительного материала в стенки образовавшейся скважины с погружением ее до проектной отметки.

Устройство включает базовую машину с подпорной стрелой, мачтой и оголовком, извлекающее устройство, систему управления навесным оборудованием, обсадную трубу с оголовком, расположенного коаксиально обсадной трубе штампа с корпусом, бойком и наконечником, причем штамп с корпусом, бойком и наконечником используют в качестве трамбователя, выступающего из обсадной трубы на величину, равную:

,

где Н_в - высота наконечника штампа, м;

R_об.тр - внутренний радиус обсадной трубы при погружении ее в грунтовой массив, м;

φ - угол внутреннего трения грунта;

ρ₀, ρ_max - соответственно плотность грунта до уплотнения и максимальное значение плотности грунтовой среды, Н/м³,

и имеющего боковую поверхность, образующая которой с продольной осью формирует угол, принимаемый из условия:

,

где α - угол заострения наконечника штампа, град.

Исполнение предлагаемых способа и устройства поясняется чертежами, где представлены: на фиг.1 - способ возведения свайного фундамента на уплотненном основании, на фиг.2 - навесное оборудование для вытрамбовывания котлованов (общий вид), на фиг.3 - комплект рабочего органа, на фиг.4 - штамп, на фиг.5 - обсадная труба.

Способ образования скважин в грунте для возведения набивных свай на уплотненном основании состоит (см. фиг.1): в предварительном погружении комплекта рабочего органа, включающего обсадную трубу (см. поз.7) и штамп (см. поз.6), последующем погружении штампа обсадной трубы и одновременном выпрессовании из ее основания грунта наконечником до проектной отметки (см. поз.а-б), затем производят подъем штампа (см. поз.в). Далее осуществляется засыпка жесткого строительного материала в обсадную трубу, его втрамбовывание в основание котлована (см. поз.г) штампом, который затем извлекают из обсадной трубы и устанавливают в транспортное положение (см. поз.д). Котлован с уплотненным основанием готов для устройства свайного фундамента (см. поз.е). Далее производят опускание арматурного каркаса (см. поз.е), заливку бетона в обсадную трубу с одновременным извлечением при помощи силового гидроцилиндра обсадной трубы и уплотнением бетонной массы в распор грунта (см. поз.ж). После завершения всех перечисленных операций получаем готовый свайный фундамент (см. поз.з).

Устройство включает в себя (см. фиг.2) базовую машину 1 с подпорной стрелой 2, мачтой 3 и оголовком 4, захватно-сбрасывающий механизм 5, штамп 6, обсадную трубу 7, механизм извлечения обсадной трубы 8, механизм наведения 9, механизм подъема-опускания мачты 10. В комплект рабочего органа (см. фиг.3) входят штамп 6 и обсадная труба 7, соединенные между собой при помощи крепления 11. Штамп 6 (см. фиг.4) состоит из корпуса 12, наконечника 13 и бойка 14, в котором выполнены отверстия 15 для крепления с обсадной трубой 7. Обсадная труба 7 (см. фиг.5) состоит из корпуса 16 и наковальни 17, в которой выполнены отверстия 18 для крепления к штампу 6.

Устройство для образования скважин работает следующим образом. Опускают на грунт и устанавливают вертикально мачту 3 при помощи базовой машины 1, подпорной стрелы 2 и механизма наведения 9. Штамп 6 и обсадную трубу 7, соединенные между собой креплением 11, захватно-сбрасывающим механизмом 5 по направляющим мачты при помощи лебедки главного подъема (не показана) перемещают на исходную высоту сбрасывания. После расцепления с захватно-сбрасывающим механизмом 5 комплект рабочего органа под действием сил гравитации падает и внедряется в грунтовую среду. Отсоединяют крепление 11 между штампом 6 и обсадной трубой 7 и осуществляют сбрасывание штампа 6. Штамп 6 под действием сил гравитации наносит удар бойком 14 по наковальне 17 обсадной трубы 7, осуществляя ее погружение, и одновременно по грунту, вытесняя его радиально в стороны от обсадной трубы. Погружение обсадной трубы 7 осуществляют до проектной отметки, после извлечения штампа 6 в дно скважины засыпают жесткий строительный материал и производят его дополнительное втрамбовывание штампом 6 в основание скважины для увеличения несущей способности опорного основания под сваю. Штамп снова извлекают из обсадной трубы, опускают арматурный каркас и заливают бетонной смесью с последующим ее уплотнением и одновременным постепенным извлечением обсадной трубы 7 из образованной скважины. Оборудование переводится в транспортное положение, базовая машина перемещается на новое место вытрамбовывания скважины, далее рабочий цикл продолжается в той же последовательности.

Выполнение указанной последовательности в способе возведения свайного фундамента на уплотненном основании в уплотненных скважинах предлагаемым устройством позволяет исключить разрушение стенок неустойчивых, насыпных и водонасыщенных грунтов и изготовить более качественно скважину, увеличив несущую способность по грунту свайного фундамента.

1. Способ образования скважин в грунте для сооружения набивных свай, включающий одновременное погружение ударами молота штампа и обсадной трубы до проектной отметки, извлечение штампа и обсадной трубы, отличающийся тем, что предварительно осуществляют погружение в грунт комплекта рабочего органа, включающего обсадную трубу с оголовком, с расположенным коаксиально обсадной трубе штампом с корпусом, бойком и наконечником, при этом штамп с корпусом, бойком и наконечником используют в качестве трамбователя, выступающего из обсадной трубы.

2. Устройство, включающее базовую машину с подпорной стрелой, мачтой и оголовком, извлекающее устройство, систему управления навесным оборудованием, обсадную трубу с оголовком, с расположенным коаксиально обсадной трубе штампом с корпусом, бойком и наконечником, отличающееся тем, что штамп с корпусом, бойком и наконечником используют в качестве трамбователя, выступающего из обсадной трубы на величину, равную:

где Н_в - высота наконечника штампа, м;
R_об.тр - внутренний радиус обсадной трубы при погружении ее в грунтовой массив, м;
φ - угол внутреннего трения грунта;
ρ₀, ρ_max - соответственно плотность грунта до уплотнения и максимальное значение плотности грунтовой среды, Н/м³,
и имеющего боковую поверхность, образующая которой с продольной осью формирует угол, принимаемый из условия:

где α - угол заострения наконечника штампа, град.