Инъекционная свая для слабых грунтов

Инъекционная свая для слабых грунтов может быть использована в промышленном и гражданском строительстве при усилении старых или при возведении новых фундаментов зданий. Свая содержит бетонный ствол, внутри которого расположен арматурный каркас. В качестве арматурного каркаса использована инъекторная труба с закрепленным на ее конце конусным наконечником. Конусный наконечник выполнен в виде диска, выступающего за контур инъекторной трубы, и режущих пластин, приваренных к диску снизу. Инъекторная труба состоит из жестко соединенных между собой секций, нижняя из которых выполнена перфорированной. Бетонный ствол сваи сформирован путем нагнетания бетонной смеси через инъекторную трубу одновременно с погружением инъекторной трубы в грунт. Бетонный ствол сваи выполнен с уширениями, выступающими за пределы окружности диска конусного наконечника инъекторной трубы. В однородных слабых грунтах бетонный ствол равномерно расширен по высоте сваи. В случае неоднородных слабых грунтов бетонный ствол имеет по высоте сваи уширения разного диаметра, причем в слабых прослойках грунта уширения выполнены большего диаметра. Свая обладает повышенной несущей способностью за счет уширений бетонного ствола и сплошного сечения, полученного путем заполнения скважины твердеющим раствором одновременно с вдавливанием инъекторной трубы. 1 н.з. и 3 з.п. ф-лы, 3 илл.

Полезная модель относится к области строительства, и может быть использована в промышленном и гражданском строительстве, как при усилении фундаментов старых, поврежденных или требующих реконструкции зданий, так и при возведении новых фундаментов зданий и сооружений, преимущественно на слабых грунтах.

Из уровня техники известна инъекционная свая по патенту РФ на полезную модель 87718, МПК E02D 5/34, опубл. 20.10.2009. Свая содержит бетонный ствол, инъектор, конусный наконечник на нижнем конце инъектора и устройство для тампонажа. Бетонный ствол сваи сформирован путем заполнения сверху бетонной смесью через инъектор, погруженный предварительно на проектную глубину. Инъектор выполняет роль арматуры сваи и состоит из одной или более жестко соединенных между собой секций. Каждая секция выполнена из четырех профильных уголков, соединенных поперечными планками или арматурными стержнями. Конусный наконечник состоит из диска и режущих пластин. Диск выступает за края инъектора. Устройство для тампонажа включает трубу для нагнетания раствора и уширительное кольцо. При вдавливании инъектора между стенкой скважины и инъектором образуется зазор, что снижает усилие вдавливания инъектора, приводит к более качественному формированию бетонного ствола сваи. Кроме этого, появляется возможность применения тяжелых, крупнозернистых и более жестких бетонных смесей, что повышает прочность сваи по материалу.

Недостатком сваи по патенту 87718 является то, что при устройстве скважины в слабых водонасыщенных глинистых грунтах происходит оплывание стенок скважины и перемешивание бетонной смеси, подаваемой сверху вниз, с грунтом, что снижает несущую способность сваи.

Известна инъекционная свая для слабых глинистых грунтов по патенту РФ на полезную модель 129522, МПК E02D 5/34, опубл. 27.06.2013, которая содержит бетонный ствол и инъектор. Инъектор выполняет роль арматурного каркаса и состоит из одной или нескольких секций. Каждая секция выполнена из профильных уголков, жестко соединенных между собой с помощью поперечных планок или арматурных стержней. На нижнем конце инъектора закреплен конусный наконечник в виде диска и приваренных к нему режущих пластин. С помощью наконечника инъектор вдавливается в грунт, образуя скважину. Бетонный ствол сваи сформирован путем нагнетания бетонной смеси снизу вверх с помощью опущенного в скважину бетоноподающего рукава. Такое формирование бетонного ствола снижает перемешивание бетона с грунтовой массой и повышает качество сваи. На инъектор надета сверху и приварена к нему стопорная пластина. Стопорная пластина выходит за контур сваи и уложена на грунт. Такое расположение стопорной пластины позволяет расширить скважину в радиальном направлении за счет давления подаваемой бетонной смеси, уплотнить грунт и повысить тем самым несущую способность сваи.

Однако формирование конструкции сваи по патенту 129522 не исключает оплывание стенок скважины и перемешивание бетонной смеси с грунтом. Кроме того, при возведении сваи требуется много технологических операций, специального оборудования для выполнения этих операций, как следствие, снижаются стоимость и сроки возведения сваи.

Известна инъекционная свая, устраиваемая способом по патенту на изобретение RU 2238366, МПК E02D 5/34, опубл. 20.10.2004. Инъекционная свая, выполненная по указанному способу, содержит бетонный ствол и инъекторную трубу, расположенную внутри бетонного ствола и выполняющую роль арматурного каркаса. Инъекторная труба состоит из нескольких жестко соединенных между собой секций и перфорирована по всей длине. На конце перфорированной инъекторной трубы закреплен конусный наконечник в виде диска, выступающего за контур инъекторной трубы, и режущих пластин. Бетонный ствол устроен путем нагнетания бетонной смеси сверху через инъекторную трубу, погруженную до проектной отметки. Ствол сваи при инъекции формируется в образованной скважине в виде вертикального стержня с волнообразной боковой поверхностью. Свая по патенту 2238366 более технологична, чем предыдущие аналоги и обладает повышенной несущей способностью.

Инъекционная свая, полученная способом по патенту на изобретение 2238366, является наиболее близкой для заявляемой сваи и принята за прототип.

Недостатком сваи по прототипу является возможность оплывания (обрушения) стенок скважины в слабых грунтах при ее возведении на этапе между образованием скважины и инъекцией твердеющей смеси, что сказывается на формировании сплошного сечения устроенной сваи, ее несущей способности. К тому же стенки скважины вокруг сваи по прототипу недостаточно уплотнены, что также снижает ее несущую способность в процессе эксплуатации. Не учтено и возможное изменение грунтовых условий (свойств грунтов) по длине ствола сваи.

Задачей предлагаемой полезной модели является повышение несущей способности инъекционной сваи за счет обеспечения формирования сплошного сечения с уширениями ствола в слоях слабых грунтов и с учетом свойств грунтов.

Задача решается следующим образом.

Инъекционная свая для слабых грунтов, как и прототип, содержит бетонный ствол и расположенный внутри бетонного ствола арматурный каркас. Арматурным каркасом, как и в прототипе, служит инъекторная труба с перфорированными отверстиями и с закрепленным на конце инъекторной трубы конусным наконечником. Инъекторная труба состоит из жестко соединенных между собой секций. Конусный наконечник выполнен в виде диска, выступающего за контур инъекторной трубы, и режущих пластин, приваренных к диску снизу.

В отличие от прототипа у инъекторной трубы согласно заявляемой полезной модели перфорированной выполнена только нижняя секция, а бетонный ствол сформирован путем нагнетания бетонной смеси через инъекторную трубу одновременно с погружением инъекторной трубы в грунт. Бетонный ствол выполнен с уширениями, выступающими за пределы окружности диска конусного наконечника инъекторной трубы.

Бетонный ствол в однородных слабых грунтах равномерно расширен по высоте сваи. В случае неоднородных слабых грунтов бетонный ствол имеет по высоте сваи уширения разного диаметра, причем в слабых прослойках грунта уширения выполнены большего диаметра.

Таким образом, в зависимости от грунтовых условий (напластования грунтов по длине устраиваемой сваи) предлагаемая инъекционная свая может быть сформирована: в случае однородных грунтов равного диаметра ствола по всей длине сваи; в случае неоднородных грунтов с одним или несколькими уширениями ствола большего диаметра в верхней, средней или нижней части сваи, то есть в зоне расположения слоя (прослойки) слабых грунтов.

Расширение ствола сваи на каждом этапе погружения инъекторной трубы возможно путем повышения давления нагнетания твердеющего раствора, или, например, путем увеличения времени нагнетания твердеющего раствора в конкретной зоне.

Совокупность существенных признаков, характеризующих заявляемую инъекционную сваю, обеспечивает решение поставленной задачи повышения несущей способности сваи за счет сформированного сплошного сечения с уширениями ствола сваи в слоях слабых грунтов.

Обеспечение формирования сплошного сечения ствола сваи обеспечивается одновременным заполнением формирующейся скважины твердеющим раствором (бетонной смесью) по мере погружения инъекторной трубы сверху вниз. Такая технология исключает обрушение стенок скважины. Повышение несущей способности сваи обеспечивается формированием дополнительного уширения ствола по длине сваи сверх диаметра конусного наконечника и еще большего диаметра в слоях (прослоях) слабых грунтов (при их наличии) с одновременным уплотнением грунта.

Заявителю не известны инъекционные сваи, содержащие совокупность всех заявляемых признаков и характеризующих полезную модель, что подтверждает ее новизну.

На фиг. 1 показана инъекционная свая, устроенная в однородных слабых грунтах по всей ее длине. На фиг. 2 показана инъекционная свая, устроенная с одним или несколькими уширениями ствола большего диаметра в средней части сваи. На фиг. 3 показана инъекционная свая, устроенная с уширением ствола большего диаметра в уровне нижнего конца сваи.

Инъекционная свая содержит бетонный ствол с арматурным каркасом, функцию которого выполняет инъекторная труба 1 с конусным наконечником в виде диска 2, к которому приварены режущие пластины 3. Диск 2 выступает за контур инъекторной трубы 1, при погружении которой образуется зазор 5 между инъекторной трубой 1 и стенкой скважины 6. Инъекторная труба состоит из отдельных секций 7, соединенных между собой с помощью патрубков 8. Нижняя секция инъекторной трубы выполнена с отверстиями 4. Бетонный ствол расширен за пределы образованных конусным наконечником стенок скважины 6 до диаметра сваи 9. В слабых однородных грунтах (фиг. 1) бетонный ствол имеет уширения одного диаметра 9 по всей высоте сваи. В грунтах, в которых имеются более слабые прослойки грунтов 11 (фиг. 2, фиг. 3), бетонный ствол расширен неравномерно и в прослойках 11 имеет уширения 10, диаметр которых превышает диаметр уширений 9.

Изготовление инъекционной сваи осуществляют следующим образом.

На поверхность грунта устанавливают нижнюю секцию инъекторной трубы 1, на конце которой закреплен конусный наконечник, состоящий из круглого диска 2 и режущих пластин 3. Длина нижней перфорированной секции 4 инъекторной трубы 1 и рядовых неперфорированных секций 7 инъекторной трубы назначаются исходя из особенностей грунтовых условий конкретной площадки (последующего послойного расширения ствола сваи), а также возможности их погружения в стесненных условиях. Погружение трубы 1 с наконечником в грунт производят с помощью вдавливающего оборудования или вибропогружателя (на фигурах не показано), через соединительное устройство (на фигурах не показано). Так как диаметр трубы 1 меньше диаметра диска 2, в процессе погружения трубы образуется зазор 5 между трубой 1 и стенкой скважины 6, который препятствует засорению отверстий 4 трубы 1 грунтом. После погружения наконечника (части инъекторной трубы) и формирования устья скважины производят тампонирование устья скважины одним из известных способов. Например, вдавливая в скважину пробку (на фигуре не показано) и удерживая ее нагрузкой. Одновременно с погружением инъекторной трубы 1, производится нагнетание твердеющего раствора в инъекторную трубу 1 с обеспечением заполнения формирующегося зазора 5 и устойчивости стенки скважины 6. По мере увеличения глубины погружения вплоть до проектной отметки для обеспечения устойчивости стенки скважины и равномерного заполнения формирующегося зазора давление нагнетания P₁ твердеющего раствора может увеличиваться. В качестве твердеющего раствора может применяться подвижная мелкозернистая бетонная смесь с необходимыми добавками, а при малых размерах формируемого зазора литая бетонная смесь. После погружения нижней секции инъекторной трубы 1 производят дополнительное расширение ствола сваи (сверх диаметра диска 2) путем дополнительного нагнетания твердеющего раствора под давлением P₂. Давление нагнетания P₂ может превышать давление нагнетания P₁ . Давление нагнетания P₂ на каждом этапе расширения ствола по длине сваи может быть различным и назначается в зависимости от грунтовых условий площадки (свойств грунта в нагнетаемой зоне), глубины расположения нижней секции инъекторной трубы 1 с исключением гидроразрыва, неконтролируемой утечки твердеющего раствора в массив грунта и на поверхность. После погружения нижней секции инъекторной трубы 1 производят ее наращивание, например, приваривая к верхнему торцу инъекторной трубы 1 следующей секции неперфорированной трубы 7 с патрубком 8 меньшего диаметра и продолжают погружение с нагнетанием твердеющего раствора с давлением P₁. Погружение нижней секции инъекторной трубы 1 с заполнением зазора 5 твердеющей смесью, наращиванием инъекторной трубы неперфорированными секциями 7 и послойное дополнительное расширение ствола сваи (сверх диаметра диска 2) осуществляют поэтапно до момента достижения наконечником инъекторной трубы проектной отметки.

Инъекционная свая на фиг. 2, 3 образуется в случае наличия слоев (прослоев) более слабых грунтов 11 на конкретной площадке. Расположение этих слоев индивидуально для каждой площадки, оно, например, может быть в средней части ствола сваи (фиг. 2), либо в уровне острия (пяты) сваи (фиг. 3). Дополнительное расширение ствола сваи в слоях слабых грунтов 11 производится в момент расположения нижней перфорированной части инъекторной трубы 1 в этой зоне путем дополнительного расширения ствола сваи 10 сверх диаметра ствола сваи сформированной в других зонах 9. Такое расширение ствола сваи обеспечивается путем регулирования объема нагнетаемого твердеющего раствора в зоне слабых грунтов 11 и более худшими характеристиками грунтов в этих зонах.

После расширения ствола сваи давлением последней зоны на проектной отметке расположения наконечника инъекторной трубы при необходимости производят опрессовку системы «свая-грунт» (выдержку во времени) давления P₃, что позволяет произвести уплотнение бетонной смеси, а также дополнительно улучшить свойства грунта в окружающем сваю массиве. Давление P₃ назначается исходя из грунтовых условий площадки (свойств грунтов), используемых при расширении ствола сваи по глубине давлений P₂ для дополнительного нагнетания раствора в слабых слоях грунта, а также из условий исключения гидроразрыва и неконтролируемой утечки твердеющего раствора в массив грунта. Из этих условий давление P₃ может быть выше, чем наибольшее из давлений Р₂, а может быть меньше. Инъекторную трубу с наконечником оставляют в скважине, и она выполняет функцию армирования сваи.

Инъекционная свая, сформированная согласно полезной модели обладает сплошным сечением ствола за счет одновременного заполнения формирующейся при вдавливании инъекторной трубы скважины твердеющей (бетонной) смесью. Повышение несущей способности сваи обеспечивается сформированными по длине ствола сваи дополнительными уширениями сверх диаметра скважины с уплотнением грунта (фиг. 1), а при наличии слоев слабых грунтов еще большим диаметром ствола в этих слоях (фиг. 2, 3).

1. Инъекционная свая для слабых грунтов, содержащая бетонный ствол и расположенный внутри бетонного ствола арматурный каркас, включающий инъекторную трубу с перфорированными отверстиями, состоящую из жестко соединенных между собой секций, и конусный наконечник, закрепленный на конце инъекторной трубы и выполненный в виде диска, выступающего за контур инъекторной трубы, с режущими пластинами, приваренными к диску снизу, отличающаяся тем, что у инъекторной трубы перфорированной выполнена нижняя секция, а бетонный ствол сформирован путем нагнетания бетонной смеси через инъекторную трубу одновременно с погружением инъекторной трубы в грунт и выполнен с уширениями, выступающими за пределы окружности диска конусного наконечника инъекторной трубы.

2. Инъекционная свая по п. 1, отличающаяся тем, что бетонный ствол равномерно расширен по длине ствола сваи.

3. Инъекционная свая для слабых грунтов по п. 1, отличающаяся тем, что бетонный ствол, выполненный в неоднородных слабых грунтах, имеет по длине сваи уширения разного диаметра.

4. Инъекционная свая по п. 3, отличающаяся тем, что уширения бетонного ствола в слабых прослойках грунта выполнены большего диаметра.