Способ в.с. скального изготовления буронабивных свай и устройства для его осуществления
Владельцы патента RU 2575660:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВПО Орел ГАУ) (RU)
Изобретение относится к строительству зданий и сооружений, а именно к производству подземных конструкций различного назначения в дисперсных грунтах с использованием специальных устройств, повышающих технологичность процессов их изготовления. Способ изготовления буронабивных свай заключается в предварительном бурении скважины до заданной глубины, креплении грунта стенок скважины, заполнении скважины бетонной смесью с уплотнением. Над устьем скважины устанавливают устройство технологического кондуктора, монтируют на него устройство грунтоуплотнительного блока, содержащее гибкий герметичный грунтоуплотнительный пенал, который помещают в скважину на всю ее глубину, включая забой скважины, заполняют гибкий герметичный грунтоуплотнительный пенал сжатым воздухом высокого давления, одновременно осуществляя крепление грунта стенок скважины и забоя с последующим их уплотнением в течение не менее 6 часов. Перед началом бетонирования выпускают сжатый воздух из гибкого герметичного грунтоуплотнительного пенала, затем извлекают грунтоуплотнительный блок из технологического кондуктора, монтируют на технологический кондуктор устройство бетонирующего блока со стойкой бетоноуплотнителя, содержащей гибкий герметичный бетоноуплотняющий пенал, который размещают в центре скважины, затем заполняют скважину бетонной смесью на всю ее глубину, уплотняют бетонную смесь одновременно по всему ее объему с помощью гибкого герметичного бетоноуплотняющего пенала, который наполняют сжатым воздухом высокого давления и поддерживают максимальное проектное давление на весь период полного набора прочности бетона. Верхний слой бетонной смеси в устье скважины доуплотняют глубинным вибратором, а при наборе прочности бетона не менее 30% демонтируют технологический кондуктор с бетонирующим блоком, при этом оставляя стойку бетоноуплотнителя в теле буронабивной сваи. Технический результат состоит в повышении технологичности изготовления буронабивных свай, снижении трудоемкости, материалоемкости и энергоемкости комплекса строительных процессов, сокращении продолжительности и стоимости работ. 4 н.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к строительству зданий и сооружений, а именно к производству подземных конструкций различного назначения в дисперсных грунтах с использованием специальных устройств повышающих технологичность процессов их изготовления.
Известен способ крепления стенок скважин в дисперсных грунтах с помощью герметичного пленочного пенала, наполненного сжатым воздухом высокого давления (патент РФ №2439245, опубл. 10.01.2012, бюл. №1) [1].
Данный способ заключается в том, что стенки скважины удерживают от осыпания защитной пленкой. В качестве защитной пленки используют герметичный пленочный пенал, который помещают в скважину и заполняют сжатым воздухом. Причем нижнюю часть пенала утяжеляют путем впайки пригруза, а в верхней части размещают блок вентиля с манометром и соединяют его с источником сжатого воздуха.
В способе крепления стенок скважины в дисперсных грунтах конструкция устройства для его осуществления не обеспечивает уплотнение осыпавшегося грунта в забое скважины.
Наиболее близким к предлагаемому решению является: способ изготовления буронабивных свай (Теличенко В.И. и др. Технология строительных процессов, часть 1, Москва, Высшая школа, 2002, с.197) [2].
Данный способ заключается в том, что в пробуренную скважину опускают обсадную трубу, извлекают из скважины осыпавшийся грунт, заполняют скважину бетоном отдельными порциями, трамбуют бетон этими порциями и постепенно извлекают обсадную трубу.
В указанном способе изготовление буронабивных свай осуществляется с использованием обсадных труб, что является технологически сложным, трудоемким, материалоемким, энергоемким и дорогостоящим.
Задачей изобретения является повышение технологичности изготовления буронабивных свай, снижение трудоемкости, материалоемкости и энергоемкости комплекса строительных процессов, сокращение продолжительности и стоимости работ.
Для решения поставленной задачи в известном способе изготовления буронабивных свай, заключающемся в предварительном бурении скважины до заданной глубины, крепления грунта стенок скважины, заполнения скважины бетонной смесью с уплотнением, согласно изобретению, над устьем скважины устанавливают устройство технологического кондуктора, монтируют на него устройство грунтоуплотнительного блока, содержащее гибкий герметичный грунтоуплотнительный пенал, который помещают в скважину на всю ее глубину, включая забой скважины, заполняют гибкий герметичный грунтоуплотнительный пенал сжатым воздухом высокого давления, одновременно осуществляя крепление грунта стенок скважины и забоя с последующим их уплотнением в течение не менее 6 часов, перед началом бетонирования выпускают сжатый воздух из гибкого герметичного грунтоуплотнительного пенала, затем извлекают грунтоуплотнительный блок из технологического кондуктора, монтируют на технологический кондуктор устройство бетонирующего блока со стойкой бетоноуплотнителя, содержащей гибкий герметичный бетоноуплотняющий пенал, который размещают в центре скважины, затем заполняют скважину бетонной смесью на всю ее глубину, уплотняют бетонную смесь одновременно по всему ее объему с помощью гибкого герметичного бетоноуплотняющего пенала, который наполняют сжатым воздухом высокого давления и поддерживают максимальное проектное давление на весь период полного набора прочности бетона, при этом верхний слой бетонной смеси в устье скважины доуплотняют глубинным вибратором, а при наборе прочности бетона не менее 30% демонтируют технологический кондуктор с бетонирующим блоком, при этом оставляя стойку бетоноуплотнителя в теле буронабивной сваи.
Устройство технологического кондуктора, содержащее конусообразный металлический оголовок, опорный фланец с отверстиями для болтового соединения и четыре отверстия для монтажных стопорных пальцев.
Устройство грунтоуплотнительного блока, содержащее соединительную фланцевую платформу с четырьмя стопорными пальцами, с приемником сжатого воздуха высокого давления, соединительный трубопровод сжатого воздуха с нагнетательно-спусковым вентилем, манометром контроля подачи сжатого воздуха, гибкий герметичный грунтоуплотнительный пенал цилиндрической формы из легкоподвижного непродуваемого материала, длиной на 20…30 см больше глубины скважины, диаметром на 15…20 см, превышающим диаметр скважины, в нижнем конце которого расположен металлический заостренный наконечник конусообразной формы с диаметром у основания на 10…15 см меньше диаметра скважины, при этом гибкий герметичный грунтоуплотнительный пенал крепят натяжным хомутом к приемнику сжатого воздуха высокого давления.
Устройство бетонирующего блока, содержащее вертикальную бетонолитную трубу, стойку бетоноуплотнителя, соединительную фланцевую платформу, при этом вертикальная бетонолитная труба выполнена с воронкой приема бетонной смеси в верхней ее части и стопорной муфтой на нижнем ее конце, стойка бетоноуплотнителя содержит гибкий герметичный бетоноуплотняющий пенал цилиндрической формы диаметром 25…50 см, внутри которого проходит вертикальный пластмассовый толстостенный трубопровод сжатого воздуха с внутренним диаметром не менее 32 мм, при этом в нижней части трубопровода выполнена перфорация на 20…30 см и закреплен металлический наконечник длиной 50…70 см, к верхнему концу которого крепят опорную муфту для упора бетонолитной трубы и натяжную муфту крепления нижнего конца гибкого герметичного бетоноуплотняющего пенала, при этом трубопровод дополнительно оснащен высоконапорным ниппелем нагнетателя сжатого воздуха, расположенным в верхней его части и натяжной муфтой крепления верхнего конца гибкого герметичного бетоноуплотняющего пенала, а соединительная фланцевая платформа с четырьмя стопорными пальцами содержит встроенные в нее два патрубка-держателя с монтажными болтами для вертикальной бетонолитной трубы и стойки бетоноуплотнителя.
Сущность предлагаемого способа поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 - представлена схема установки технологического кондуктора и монтажа грунтоуплотнительного блока (вид сверху);
- на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1;
- на фиг. 3 - схема монтажа бетонирующего блока (вид сверху);
- на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3;
- на фиг. 5 - схема установки уплотнителя бетонной смеси в скважине (вид сверху);
- на фиг. 6 - разрез В-В на фиг. 5;
- на фиг. 7 - схема сформированной буронабивной сваи (вид сверху);
- на фиг. 8 - разрез Г-Г на фиг. 7.
Устройство технологического кондуктора 2, содержащее конусообразный металлический оголовок 3, опорный фланец 5 с отверстиями 6 для болтового соединения и четыре отверстия 7 для стопорных пальцев 8 монтажной фиксации грунтоуплотнительного блока 9 и бетонирующего блока 18.
Устройство грунтоуплотнительного блока 9, содержащее соединительную фланцевую платформу 10 с четырьмя стопорными пальцами 8, с приемником 13 сжатого воздуха высокого давления. Соединительный трубопровод 14 сжатого воздуха с нагнетательно-спусковым вентилем 15, манометром 16 контроля подачи сжатого воздуха. Гибкий герметичный грунтоуплотнительный пенал 11 цилиндрической формы из легкоподвижного непродуваемого материала, длиной на 20…30 см больше глубины скважины 1, диаметром на 15…20 см, превышающим диаметр скважины 1, в нижнем конце которого расположен металлический заостренный наконечник 17 конусообразной формы с диаметром у основания на 10…15 см меньше диаметра скважины 1. При этом гибкий герметичный грунтоуплотнительный пенал 11 крепят натяжным хомутом 12 к приемнику 13 сжатого воздуха высокого давления.
Устройство бетонирующего блока 18, содержащее вертикальную бетонолитную трубу 23, стойку бетоноуплотнителя 26, соединительную фланцевую платформу 19. При этом вертикальная бетонолитная труба 23 выполнена с воронкой 24 приема бетонной смеси 34 в верхней ее части и стопорной муфтой 25 на нижнем ее конце. Стойка бетоноуплотнителя 26 содержит гибкий герметичный бетоноуплотняющий пенал 27 цилиндрической формы диаметром 25…50 см, внутри которого проходит вертикальный пластмассовый толстостенный трубопровод 28 сжатого воздуха с внутренним диаметром не менее 32 мм, при этом в нижней части трубопровода выполнена перфорация на 20…30 см и закреплен металлический наконечник 31 длиной 50…70 см, к верхнему концу которого крепят опорную муфту 32 для упора бетонолитной трубы 23 и натяжную муфту 33 крепления нижнего конца гибкого герметичного бетоноуплотняющего пенала 27. При этом трубопровод 28 дополнительно оснащен высоконапорным ниппелем нагнетателя 30 сжатого воздуха, расположенным в верхней его части и натяжной муфтой 29 крепления верхнего конца гибкого герметичного бетоноуплотняющего пенала 27. Соединительная фланцевая платформа 19 с четырьмя стопорными пальцами 8 содержит встроенные в нее два патрубка-держателя 20, 21 с монтажными болтами 22 для вертикальной бетонолитной трубы 23 и стойки бетоноуплотнителя 26.
Предлагаемый способ и устройства работают следующим образом. После бурения в массиве грунта скважины 1 устанавливают технологический кондуктор 2, который образован конусообразным металлическим оголовком 3 для уплотнения грунта в устье 4 скважины 1, опорным фланцем 5 с отверстиями 6 для болтового соединения и четырьмя отверстиями 7 для стопорных пальцев 8 монтажной фиксации грунтоуплотняющего блока 9 и бетонирующего блока 18.
Монтаж грунтоуплотняющего блока 9 начинают стыковкой соединительной фланцевой платформы 10 грунтоуплотняющего блока 9 с опорным фланцем 5 технологического кондуктора 2, а гибкий герметичный грунтоуплотнительный пенал 11 закрепляют натяжным хомутом 12 на приемнике 13 сжатого воздуха высокого давления, встроенного в соединительную фланцевую платформу 10 грунтоуплотняющего блока 9. Соединительная фланцевая платформа 10 оборудована соединительным трубопроводом 14 сжатого воздуха, нагнетательно-спусковым вентилем 15 и манометром 16 контроля подачи сжатого воздуха. Металлический заостренный наконечник 17 гибкого герметичного грунтоуплотнительного пенала 11 имеет конусообразную форму, диаметром у основания на 10…15 см меньше диаметра скважины 1. Уплотнение грунта стенок скважины 1 и забоя осуществляется в течение не менее 6 часов.
По завершении процесса уплотнения стенок грунта в скважине 1 и демонтажа грунтоуплотняющего блока 9 монтируют бетонирующий блок 18, включающий соединительную фланцевую платформу 19 с четырьмя стопорными пальцами 8, встроенные в платформу 19 патрубки-держатели 20, 21 с монтажными болтами 22, соответственно для бетонолитной трубы 23 с воронкой 24 для приема бетонной смеси 34 вверху и стопорной муфты 25 на ее нижнем конце для стойки бетоноуплотнителя 26. Стойка бетоноуплотнителя 26 состоит из гибкого герметичного бетоноуплотняющего пенала 27 цилиндрической формы диаметром 25…50 см. Внутри гибкого герметичного бетоноуплотняющего пенала 27 проходит вертикальный пластмассовый толстостенный трубопровод 28 сжатого воздуха с внутренним диаметром не менее 32 мм с перфорацией на 20…30 см нижнего его конца и натяжной муфтой крепления 29 гибкого герметичного бетоноуплотняющего пенала 27, которую устанавливают в верху трубопровода 28 ниже уровня расположения его патрубка-держателя 21, высоконапорного ниппеля-нагнетателя 30 сжатого воздуха на верхнем конце трубопровода 28 и металлического наконечника 31 на нижнем конце трубопровода 28, длиной 50…70 см, острие которого погружают в грунт забоя скважины 1 на 10…15 см. К верхнему концу металлического наконечника 31 крепят опорную муфту 32 для упора бетонолитной трубы 23 и натяжную муфту 33 крепления нижнего конца гибкого герметичного бетоноуплотняющего пенала 27.
Бетонирование скважины 1 осуществляется беспрерывно на всю ее проектную глубину по типовой технологии подъема вертикально перемещаемой бетонолитной трубы 23 после монтажной сборки и установки бетонирующего блока 18, где первоначальное вертикальное положение бетонолитной трубы 23 фиксируют монтажным болтом 22, которую опирают ее стопорной муфтой 25 на опорную муфту 32 стойки бетоноуплотнителя 26 и располагают нижний конец бетонолитной трубы 23 относительно забоя скважины 1 не менее чем на 40 см.
По завершению бетонирования скважины 1 бетонолитную трубу 23 извлекают из патрубка-держателя 20 и начинают процесс уплотнения бетонной смеси 34 в скважине 1, нагнетают сжатый воздух в гибкий герметичный бетоноуплотняющий пенал 27. Давление сжатого воздуха повышают в проектном режиме после предварительной апробации технологического процесса уплотнения бетонной смеси 34 в конкретных условиях производства работ. При этом воздушная полость 35 гибкого герметичного бетоноуплотняющего пенала 27 в конце процесса уплотнения приобретает конусовидную форму с возрастанием расширения снизу вверх, как показано на фиг. 6 и фиг. 8. Максимальное проектное давление сжатого воздуха в гибком герметичном бетоноуплотняющем пенале 27 сохраняют до завершения полного набора прочности бетона 36. Верхний слой бетонной смеси в устье скважины доуплотняют глубинным вибратором. При наборе прочности бетона 36 не менее 30% убирают технологический кондуктор 2 с бетонирующим блоком 18, при этом оставляя стойку бетоноуплотнителя 26 в теле буронабивной сваи, как показано на фиг. 8.
Таким образом, изготовление буронабивных свай для строительства подземных частей зданий и сооружений предлагаемым способом позволяет существенно сократить общие трудозатраты на их возведение, материалоемкость и энергоемкость, использовать новую технологию и комплекс строительных процессов, сократить продолжительность и стоимость строительства подземных частей зданий и сооружений.
1. Способ изготовления буронабивных свай, заключающийся в предварительном бурении скважины до заданной глубины, крепления грунта стенок скважины, заполнения скважины бетонной смесью с уплотнением, отличающийся тем, что над устьем скважины устанавливают устройство технологического кондуктора, монтируют на него устройство грунтоуплотнительного блока, содержащее гибкий герметичный грунтоуплотнительный пенал, который помещают в скважину на всю ее глубину, включая забой скважины, заполняют гибкий герметичный грунтоуплотнительный пенал сжатым воздухом высокого давления, одновременно осуществляя крепление грунта стенок скважины и забоя с последующим их уплотнением в течение не менее 6 часов, перед началом бетонирования выпускают сжатый воздух из гибкого герметичного грунтоуплотнительного пенала, затем извлекают грунтоуплотнительный блок из технологического кондуктора, монтируют на технологический кондуктор устройство бетонирующего блока со стойкой бетоноуплотнителя, содержащей гибкий герметичный бетоноуплотняющий пенал, который размещают в центре скважины, затем заполняют скважину бетонной смесью на всю ее глубину, уплотняют бетонную смесь одновременно по всему ее объему с помощью гибкого герметичного бетоноуплотняющего пенала, который наполняют сжатым воздухом высокого давления и поддерживают максимальное проектное давление на весь период полного набора прочности бетона, при этом верхний слой бетонной смеси в устье скважины доуплотняют глубинным вибратором, а при наборе прочности бетона не менее 30% демонтируют технологический кондуктор с бетонирующим блоком, при этом оставляя стойку бетоноуплотнителя в теле буронабивной сваи.
2. Устройство технологического кондуктора, используемого в способе по п. 1, содержащее конусообразный металлический оголовок, опорный фланец с отверстиями для болтового соединения и четыре отверстия для монтажных стопорных пальцев.
3. Устройство грунтоуплотнительного блока, используемого в способе по п. 1, содержащее соединительную фланцевую платформу с четырьмя стопорными пальцами, с приемником сжатого воздуха высокого давления, соединительный трубопровод сжатого воздуха с нагнетательно-спусковым вентилем, манометром контроля подачи сжатого воздуха, гибкий герметичный грунтоуплотнительный пенал цилиндрической формы из легкоподвижного непродуваемого материала, длиной на 20…30 см больше глубины скважины, диаметром на 15…20 см, превышающим диаметр скважины, в нижнем конце которого расположен металлический заостренный наконечник конусообразной формы с диаметром у основания на 10…15 см меньше диаметра скважины, при этом гибкий герметичный грунтоуплотнительный пенал крепят натяжным хомутом к приемнику сжатого воздуха высокого давления.
4. Устройство бетонирующего блока, используемого в способе по п. 1, содержащее вертикальную бетонолитную трубу, стойку бетоноуплотнителя, соединительную фланцевую платформу, при этом вертикальная бетонолитная труба выполнена с воронкой приема бетонной смеси в верхней ее части и стопорной муфтой на нижнем ее конце, стойка бетоноуплотнителя содержит гибкий герметичный бетоноуплотняющий пенал цилиндрической формы диаметром 25…50 см, внутри которого проходит вертикальный пластмассовый толстостенный трубопровод сжатого воздуха с внутренним диаметром не менее 32 мм, при этом в нижней части трубопровода выполнена перфорация на 20…30 см и закреплен металлический наконечник длиной 50…70 см, к верхнему концу которого крепят опорную муфту для упора бетонолитной трубы и натяжную муфту крепления нижнего конца гибкого герметичного бетоноуплотняющего пенала, при этом трубопровод дополнительно оснащен высоконапорным ниппелем нагнетателя сжатого воздуха, расположенным в верхней его части и натяжной муфтой крепления верхнего конца гибкого герметичного бетоноуплотняющего пенала, а соединительная фланцевая платформа с четырьмя стопорными пальцами содержит встроенные в нее два патрубка-держателя с монтажными болтами для вертикальной бетонолитной трубы и стойки бетоноуплотнителя.
