Способ устройства свайных фундаментов с уширением методом задавливания
Владельцы патента RU 2620112:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной механики Российской академии наук (ИПРИМ РАН) (RU)
Изобретение относится к области строительства, в частности к способам устройства фундаментов зданий. Способ устройства свайных фундаментов, при котором полую сваю с вставленным в нее хвостовиком отделяемого наконечника погружают методом задавливания в грунт до проектной отметки, заполняют ее внутреннюю полость пластичным бетонным раствором. Закрепляют верхний оголовок сваи в ростверке и затем создают в полости сваи давление. До схватывания пластичного бетонного раствора во внутреннюю полость сваи вставляют поршень, прикладывают к нему вертикальную сжимающую нагрузку, которая передает давление на верхнюю поверхность бетонного раствора, причем величину вертикальной сжимающей нагрузки выбирают больше усилия погружения сваи методом задавливания. Технический результат состоит в снижении стоимости, материалоемкости и времени строительства фундамента, а также в снижении негативных воздействий на грунты основания и конструкции сооружения. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области строительства, в частности к способам устройства фундаментов зданий.
Известен ряд аналогичных способов устройства свай с уширениями. Например, в аналоге предлагаемого изобретения [1: Г.К. Клейн, И.И. Черкасов. Фундаменты городских транспортных сооружений. М.: Транспорт, 1985. С. 251-252] внутреннюю полость скважины заполняют пластичным бетонным раствором, раствор подают под давлением в скважину, что совпадает с существенными признаками предлагаемого.
При этом в отдельных слабых прослойках грунта образуются уширения. Жидкий цементный раствор подается под давлением в скважину с помощью бетононасоса.
Недостатком данного способа является необходимость создания высокого давления для образования уширений, что сложно осуществить с помощью бетононасоса, что приводит к повышению материалоемкости, стоимости и времени строительства фундамента.
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого способа является способ [2: Королев М.В., Гутерман М.С., Скрылев Т.Е., Сажин Д.В. Эффективные способы усиления фундаментов при реконструкции зданий и сооружений // Сб-к трудов Московского государственного строительного университета «Современные методы инженерных изысканий в строительстве». Под ред. Теличенко В.И. Москва, 2003. С. 253-264], при котором полую сваю со вставленным в нее хвостовиком отделяемого наконечника погружают методом задавливания в грунт до проектной отметки, заполняют ее внутреннюю полость пластичным бетонным раствором и создают в полости сваи давление, что совпадает с существенными признаками предлагаемого.
При этом осуществляют постепенное извлечение трубы и давлением, создаваемым при помощи бетононасоса, формируют уширения в местах слабых прослоек грунта.
Недостатки данного способа аналогичны предыдущему аналогу.
Положительный результат предлагаемого изобретения состоит в снижении стоимости, материалоемкости и времени строительства фундамента, а также в снижении негативных воздействий на грунты основания и конструкции сооружения.
Список фигур чертежей
Фиг. 1а, б, в. Схема реализации предлагаемого способа по п. 1.
Фиг. 2а, б. Схема реализации предлагаемого способа по пп. 2, 5.
На фиг. 1 показаны стадии реализации предлагаемого способа, где использованы обозначения:
1 - трубчатая свая; 2 - отделяемый наконечник; 3 - хвостовик наконечника; 4 - бетонная смесь; 5 - уширение; 6 - поршень-вкладыш; 7 - ростверк; 8 - муфта и фиксатор.
Различные фазы сооружения представлены на фиг. 1а, б, в. Влияние длины хвостовика (3) отделяемого наконечника (2) представлено на фиг. 2а, б.
На фиг. 1а представлен первый этап реализации способа, когда статической нагрузкой погружают в грунт трубчатую сваю (1) с отделяемым наконечником (2).
На фиг. 1б представлен второй этап реализации способа, когда после погружения сваи (1) с отделяемым наконечником (2) до проектной отметки оголовок сваи фиксируют в ростверке (7) посредствам муфты и фиксатора (8) для ограничения ее вертикальных перемещений. После этого полость сваи заполняют бетонной смесью (4).
На фиг. 1в представлен третий этап реализации способа, когда к несхватившейся бетонной смеси (4) через поршень-вкладыш (6) прикладывают статическую вертикальную нагрузку, превышающую по величине усилие, необходимое для задавливания сваи. В результате этого в бетонной смеси возникает гидростатическое давление, под действием которого отделяемый наконечник сваи погружается в грунт, и под нижним концом сваи формируются уширения (5).
На фиг. 2а и б представлены формы уширения (5) при коротком и длинном хвостовике (3) отделяемого наконечника (2) соответственно. При малой длине хвостовика (3) толщина уширения (5) будет небольшой при значительном диаметре. При большей длине хвостовика (3) форма уширения (5) будет приближаться к сферической.
С целью преодоления указанных недостатков предлагается способ устройства свайных фундаментов, при котором полую сваю (1) с вставленным в нее хвостовиком (3) отделяемого наконечника (2) погружают методом задавливания в грунт до проектной отметки, заполняют ее внутреннюю полость пластичной бетонной смесью (4), закрепляют верхний оголовок сваи в ростверке и затем создают в полости сваи (1) давление, отличающийся тем, что до схватывания пластичной бетонной смеси (4) во внутреннюю полость сваи (1) вставляют поршень (6), прикладывают к нему вертикальную сжимающую нагрузку, которая передает давление на верхнюю поверхность бетонной смеси (4), причем величину вертикальной сжимающей нагрузки выбирают больше усилия погружения сваи методом задавливания.
Кроме того, длину хвостовика (3) отделяемого наконечника сваи (1) выбирают с учетом требуемых геометрических размеров и формы уширения (5) нижнего конца сваи в зависимости от грунтовых условий и нагрузок.
Кроме того, измеряют понижение уровня бетонной смеси (4) в полости сваи (1) и перемещение отделяемого наконечника (2), с учетом этих измерений определяют форму и размер уширения (5) нижнего конца сваи (1).
Кроме того, измеряют понижение уровня бетонной смеси (4) в полости сваи (1) и перемещение отделяемого наконечника (2), с учетом этих измерений определяют несущую способность отдельной сваи и необходимое количество свай для достижения требуемой общей несущей способности фундамента.
Кроме того, бетонной смесью сваю заполняют частично, а после формирования уширения перемещением поршня под действием приложенной к нему нагрузки извлекают поршень, после чего заполняют бетонным раствором оставшуюся часть полой сваи.
Кроме того, к поршню, создающему вертикальное давление на поверхность бетонной смеси, и к полой свае одновременно прикладывают вибрационную нагрузку.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.
На первом этапе реализации способа, как показано на фиг. 1а, статической нагрузкой погружают в грунт трубчатую сваю (1) с отделяемым наконечником (2). Затем, как показано на фиг. 1б, после погружения сваи (1) с отделяемым наконечником (2) до проектной отметки оголовок сваи фиксируют в ростверке (7) посредствам муфты и фиксатора (8) для ограничения ее вертикальных перемещений. После этого полость сваи заполняют бетонной смесью (4).
Затем, как показано на фиг. 1в, к несхватившейся бетонной смеси (4) через поршень-вкладыш (6), прикладывают статическую вертикальную нагрузку, превышающую по величине усилие, необходимое для задавливания сваи (1). В результате этого в бетонной смеси (4) возникает гидростатическое давление, под действием которого отделяемый наконечник (2) сваи (1) погружается в грунт, и под нижним концом сваи (1) формируются уширения (5).
Для уменьшения трения бетонной смеси о внутренние стенки сваи ее частично заполняют бетоном, потом прикладывают к бетонной смеси нагрузку и, сформировав уширение, извлекают поршень и заполняют бетоном оставшуюся часть ствола сваи. Следует также отметить, что форма уширения значительно зависит от длины хвостовика оголовка, плотно входящего в полость сваи. Если длина хвостовика мала, то толщина уширения будет небольшой при значительном диаметре, а если хвостовик будет обладать большей длиной, то форма уширения будет приближаться к сферической (см. рис. 2а и б), для придания большей подвижности бетонной смеси к поршню, формирующему уширения, дополнительно прикладывают вибрационную нагрузку.
Положительный эффект предлагаемого изобретения заключается в следующем:
- в снижении стоимости, материалоемкости и сроков проведения работ (за счет создания уширения под нижним концом сваи и использования для всех операций одного и того же оборудования, что не требует перемонтажа);
- в возможности управления деформациями строящихся и реконструированных зданий. Эта возможность может быть реализована путем того, что в зоне наибольших осадок сооружения вертикальная нагрузка на пластичную бетонную смесь может быть задана больше, а в зоне наименьших деформаций - меньше. В результате этого размеры уширения под нагруженной частью будут больше, чем под менее нагруженной. Под конструкциями, не испытывающими деформаций, уширения могут не создаваться;
- в отсутствии при производстве работ вредных воздействий (шум, значительная вибрация, динамические нагрузки);
- в возможности ведения параллельно строительно-монтажных работ по устройству фундаментов и верхних конструкций. Например, сначала возводятся несколько этажей здания на ростверке, который играет на первом этапе роль фундамента мелкого заложения, затем, после возведения части этажей здания, производят погружение свай, и затем, после возведения еще части этажей, производят бетонирование свай с образованием уширения;
- в том, что произведенный по данной технологии фундамент будет практически «безосадочным», так как уширение производится нагрузкой, превышающей реальную нагрузку на сваю от сооружения.
Как следует из вышеприведенного анализа, требуемый технический результат достигается за счет существенных отличий предлагаемого способа от существующих.
Проведенные эксперименты показали реализуемость предлагаемого объекта изобретения.
1. Способ устройства свайных фундаментов, при котором полую сваю с вставленным в нее хвостовиком отделяемого наконечника погружают методом задавливания в грунт до проектной отметки, заполняют ее внутреннюю полость пластичным бетонным раствором, закрепляют верхний оголовок сваи в ростверке и затем создают в полости сваи давление, отличающийся тем, что до схватывания пластичного бетонного раствора во внутреннюю полость сваи вставляют поршень, прикладывают к нему вертикальную сжимающую нагрузку, которая передает давление на верхнюю поверхность бетонного раствора, причем величину вертикальной сжимающей нагрузки выбирают больше усилия погружения сваи методом задавливания.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что длину хвостовика отделяемого наконечника сваи выбирают в зависимости от требуемых геометрических размеров и формы нижнего конца, которые зависят от грунтовых условий и нагрузок.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измеряют понижение уровня бетонной смеси в полости сваи и перемещение отделяемого наконечника, с учетом этих измерений определяют форму и размер уширения нижнего конца сваи.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измеряют понижение уровня бетонной смеси в полости сваи и перемещение отделяемого наконечника, с учетом этих измерений определяют нагрузочную способность отдельной сваи и их необходимое количество для достижения требуемой несущей способности фундамента.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сначала частично заполняют сваю бетонным раствором, а после формирования уширения перемещением поршня вниз под действием приложенной к нему нагрузки, извлекают поршень, после чего заполняют бетонным раствором оставшуюся часть полой сваи.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что к поршню, создающему вертикальное давление на поверхность бетонной смеси, и к полой свае одновременно прикладывают вибрационную нагрузку.
