способ погружения трубчатой сваи в многолетнемерзлый грунт

Формула изобретения

Способ погружения трубчатой сваи в многолетнемерзлый грунт, включающий бурение лидерной скважины диаметром, меньшим чем диаметр сваи, погружение трубчатой сваи в многолетнемерзлый грунт под действием вращательного момента и осевого усилия, заполнение полости трубчатой сваи грунтом и бетоном и выдержку последней до ее смерзания с массивом многолетнемерзлого грунта, отличающийся тем, что трубчатую сваю заглубляют в массив многолетнемерзлого грунта ниже забоя лидерной скважины, пробуренной на глубину и диаметром, определяемыми из соотношений





где H_бур - глубина бурения лидерной скважины, м;

H_св - проектная глубина установки трубчатой сваи, м;

D_св - внешний диаметр трубчатой сваи, м;

f_н - эмпирическая величина сопротивления мерзлого грунта нормальному давлению, кПа;

f_сд - эмпирическая величина сопротивления мерзлого грунта сдвигу по поверхности смерзания, кПа;

D_бур - диаметр бурения лидерной скважины, м;

h - высота заполнения полости сваи грунтовым материалом разрушения многолетнемерзлого грунта, м;

K_р - эмпирический коэффициент разрыхления грунта,

при этом внутреннюю полость трубчатой сваи в процессе ее погружения заполняют грунтом со стенок ствола лидерной скважины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области гидротехнического строительства, и может быть использовано для размещения наземных строений в зоне распространения многолетнемерзлых грунтов.

Известен способ погружения трубчатой сваи в многолетнемерзлый грунт, включающий бурение лидерной скважины диаметром, меньшим диаметра трубчатой сваи, ее погружение под действием ударной нагрузки, заполнение полости сваи грунтом и бетоном и выдержку сваи до ее смерзания с массивом многолетнемерзлого грунта (см. СНиП 2.02.04-88, Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах, с.5).

Недостатком указанного способа является то, что область его применения ограничивается пластичномерзлыми грунтами. Кроме того, при забивке сваи с открытым нижним торцом в грунт с крупнообломочными включениями отмечаются деформации, а порой и разрушения тела трубчатой сваи в ее нижней части и, как следствие, ее недопогружение до проектной отметки. Реализация данного способа с использованием конических наконечников, закрепляемых на нижнем торце трубчатой сваи, обуславливает дополнительные трудозатраты, расход металла и привозного грунта для заполнения полости сваи, что увеличивает трудоемкость и материалоемкость технологического процесса.

Известен также способ погружения сваи в многолетнемерзлый грунт, включающий образование оттаянной зоны и погружение в эту зону трубчатой сваи путем ее вращения с приложением к ней вертикальной вдавливающей нагрузки и смерзания с массивом многолетнемерзлого грунта. Способ применяется в пластичномерзлых, твердомерзлых и сыпучемерзлых грунтах без крупнообломочных включений (см. Гохман М.Р. и др.. Экспериментально-теоретическое обоснование нового термовращательного способа погружения свай в вечномерзлые грунты, Труды института ВНИИ оснований и подземных сооружений, М., 1990, вып.94, с.105, 106. )

Недостатком данного способа является то, что с увеличением глубины погружения сваи уменьшается количество транспортируемого вверх к поверхности земли грунта, оттаянного в процессе погружения сваи, происходит его иссушение и, как результат, заклинивание сваи и ее недопогружение до проектной отметки. Заклиниванию сваи способствует и грунтовая "пробка", образующаяся в полости трубчатой сваи при ее погружении. Кроме того, оборудование тела сваи спиральными направляющими, предназначенными для транспортировки грунта, увеличивает трудоемкость и материалоемкость технологического процесса, а иссушение грунта уменьшает силу смерзания сваи с многолетнемерзлым грунтом.

Цель изобретения - повышение несущей способности трубчатой сваи, ускорение процесса ее погружения в многолетнемерзлый грунт, а также снижение трудоемкости и материалоемкости технологического процесса.

Указанная цель достигается тем, что в способе погружения трубчатой сваи в многолетнемерзлый грунт, включающем бурение лидерной скважины диаметром, меньшим, чем диаметр сваи, погружение трубчатой сваи в многолетнемерзлый грунт под действием вращательного момента и осевого усилия, заполнение полости трубчатой сваи грунтом и бетоном и выдержку последней до ее смерзания с массивом многолетнемерзлого грунта, трубчатую сваю заглубляют в массив многолетнемерзлого грунта ниже забоя лидерной скважины, пробуренной на глубину и диаметром, определяемыми из соотношений





где H_бур - глубина бурения лидерной скважины, м;

H_св - проектная глубина установки трубчатой сваи, м;

D_св - внешний диаметр трубчатой сваи, м;

f_Н - эмпирическая величина сопротивления мерзлого грунта нормальному давлению, кПа;

f_сд - эмпирическая величина сопротивления мерзлого грунта сдвигу по поверхности смерзания, кПа;

D_бур - диаметр бурения лидерной скважины, м;

h - высота заполнения полости сваи грунтовым материалом разрушения многолетнемерзлого грунта, м;

K_р- эмпирический коэффициент разрыхления грунта, при этом внутреннюю полость трубчатой сваи в процессе ее погружения заполняют грунтом со стенок ствола лидерной скважины.

На фиг. 1-4 изображена принципиальная технологическая схема реализации предлагаемого способа погружения трубчатой сваи в многолетнемерзлый грунт.

Способ осуществляется следующим образом. В многолетнемерзлом грунтовом основании 1 шнеком бурового станка 2 бурят лидерную скважину 3 на глубину H_бур и диаметром D_бур, которые определяются из проектных глубин установки сваи H_св и высоты заполнения h ее полости грунтом по соотношениям





где H_бур - глубина бурения лидерной скважины, м;

H_св - проектная глубина установки трубчатой сваи, м;

D_св - внешний диаметр трубчатой сваи, м;

f_Н - эмпирическая величина сопротивления мерзлого грунта нормальному давлению, кПа;

f_сд - эмпирическая величина сопротивления мерзлого грунта сдвигу по поверхности смерзания, кПа;

D_бур - диаметр бурения лидерной скважины, м;

h - высота заполнения полости сваи грунтовым материалом разрушения многолетнемерзлого грунта, м;

K_р - эмпирический коэффициент разрыхления грунта.

Затем соосно с лидерной скважиной 3 устанавливают трубчатую сваю 4, нижний торец которой оборудован зубчатым венцом 5. Погружение сваи осуществляют под действием вращательного момента и осевого усилия, передаваемых от механизма погружения 6, например, буровой установки. При этом образуется зона оттаянного грунта 7 у внутренней и внешней боковой поверхности сваи и под ее торцом и под воздействием гидродинамических сил в оттаянном грунте, возникающих в процессе погружения, происходит разрушение грунтового кольца, расположенного между стволом лидерной скважины 3 и внутренней стенкой трубчатой сваи 4 и обрушение грунтового материала 8 к забою скважины. Оснащение нижнего торца сваи зубчатым венцом обеспечит совместное действие гидродинамических сил оттаянного грунта и скалывающих сил, что повысит эффективность процесса разрушения грунтового кольца и обрушение его на дно скважины. По мере заглубления трубчатой сваи происходит заполнение ее полости разрушенным грунтом и уплотнение его. При погружении сваи до проектной глубины ее установки ниже забоя лидерной скважины, происходит заглубление сваи в грунт 9 вблизи забоя лидерной скважины 3. Далее следует заполнение оставшейся свободной части полости сваи бетоном 10, подаваемым, например, из бетономешалки 11. После выдержки до смерзания трубчатой сваи 4 с массивом многолетнемерзлого грунта на трубчатую сваю передается нагрузка от инженерного сооружения 12.

Область применения предлагаемого технического решения распространяется на твердомерзлые, пластичномерзлые и сыпучемерзлые грунты с крупнообломочными включениями, поскольку при вращении сваи происходит перемещение последних либо к стволу лидерной скважины, либо отжатие их в оттаянную зону у внешней стенки трубчатой сваи. Бурение лидерной скважины оптимального диаметра создает ослабленную зону в грунтовом массиве, что способствует снижению усилий на погружение трубчатой сваи, увеличивает глубину ее погружения и надежность установки ее нижнего торца на заданную отметку.

Заполнение полости сваи грунтовым материалом разрушения стенок ствола лидерной скважины, осуществляющееся в процессе погружения сваи, уменьшает трудоемкость и материалоемкость технологического процесса, а наличие в грунтовом заполнений полости сваи значительного объема мерзлого грунта способствует ускорению процесса смерзания трубчатой сваи с массивом многолетнемерзлого грунта.

Заглубление трубчатой сваи ниже забоя лидерной скважины в массив многолетнемерзлого грунта обуславливает работу боковой поверхности сваи и ее торца, что увеличивает несущую способность трубчатой сваи.