способ возведения свайного фундамента в слабом грунте

Формула изобретения

Способ возведения свайного фундамента в слабом грунте, включающий погружение сваи в грунт путем динамического воздействия на сваю погружателем и уплотнение околосвайного грунта, которое производят путем ударного воздействия на околосвайный грунт тяжелой трамбовкой на конечной стадии погружения сваи одновременно с динамическим воздействием на сваю погружателем.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству, в частности к способам возведения свайных фундаментов в слабых грунтах под опоры при линейном строительстве, а также отдельно стоящих башенных, мачтовых и других сооружений.

Известен способ возведения свайного фундамента в слабом грунте, в котором перед погружением свай на грунт воздействуют вибрацией, которую осуществляют установкой глубинного уплотнения грунта [1]. Такая вибрация, обеспечивающая глубинное уплотнение грунта и повышающая за счет этого в несвязанных грунтах с водонасыщением G0,8 несущую способность фундамента по грунту, увеличивает сопротивление грунта при погружении свай, что снижает эффективность работ при осуществлении способа.

Известен способ возведения свайного фундамента в слабом грунте, в котором сначала по периметру периферийной зоны погружают длинные сваи, после чего в центральной зоне путем ударного воздействия на поверхность грунта тяжелой трамбовкой уплотняют грунт, а затем в центр этой уплотненной зоны погружают короткую сваю [2]. В этом способе, обеспечивающем глубинное уплотнение в центральной зоне всех видов нескальных грунтов и с любой степенью водонасыщения, также увеличивается сопротивление грунта при погружении сваи в уплотненную зону, при этом в неуплотненных грунтах периферийной зоны несущая способность свай остается низкой.

Известен способ возведения свайного фундамента в слабом грунте, согласно которому после окончания погружения каждой сваи ее околосвайный грунт уплотняют путем ударного воздействия на устройство, цилиндрический корпус которого образует с оголовком сваи подвижную коаксиальную пару [3].

Возведенный таким способом свайный фундамент имеет недостаточную несущую способность из-за того, что при уплотнении околосвайный грунт зависает на сваи и на глубине, превышающей 3-4 метров, он практически не уплотняется. Дополнительно, перед уплотнением околосвайного грунта необходимо освобождать сваю от погружателя, а перед последующим измерением отказа - повторно его устанавливать, что снижает эффективность работ.

Задачей настоящего изобретения является повышением несущей способности свайного фундамента по грунту за счет уплотнения околосвайного грунта на большую глубину и повышение эффективности работ за счет возможности измерения отказа сваи без проведения работ по повторной установке погружателя.

Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе предусматривается погружение сваи в грунт путем динамического воздействия на сваю погружателем и уплотнение околосвайного грунта, которое производят путем ударного воздействия на околосвайный грунт тяжелой трамбовкой на конечной стадии погружения сваи преимущественно одновременно с динамическим воздействием на сваю погружателем.

При динамическом воздействии на сваю погружателем свая вибрирует, а вместе с ней вибрирует и прилегающий к ней грунт, при этом водонасыщенный грунт разжижается и в нем разрушаются структурные связи. В результате этого уменьшается трение грунта о сваю и грунт при его ударном уплотнении тяжелой трамбовкой не зависает на свае, а срывается и скользит по ней. Поэтому вибрирующая свая не препятствует уплотнению грунта.

При интенсивной вибрации сваи в поровой воде водонасыщенного грунта возбуждается акустическая кавитация, в результате чего практически вся вода в порах становится свободной и менее вязкой, что обеспечивает существенное увеличение проходимости воды в грунте. Поэтому при ударе тяжелой трамбовкой по такому подготовленному грунту (разрушена структура грунта, а вода «разжижена») почти вся энергия удара расходуется непосредственно на аномально интенсивное и равномерное уплотнение большого объема грунта, вмещающего сваю, подробнее в [4 и 5].

Там же в [4] описан способ уплотнения водонасыщенных грунтов, в котором непосредственно перед ударом тяжелой трамбовки на грунт воздействуют вибрацией. Отличие предложенного технического решения от известного заключается в том, что это разные объекты с разной совокупностью признаков. При этом в предложенном способе вибрация грунта осуществляется естественным путем (без применения дополнительных устройств) в процессе погружения свай, которые дополнительно предотвращают образование выпора разуплотненного грунта возле сваи при ударе трамбовки.

Предлагаемый способ поясняется чертежами, представленными на фиг.1-6.

На фиг.1 изображен фундамент из погруженной одиночной сваи - оболочки.

На фиг.2 - то же, что и фиг.1, план.

На фиг.3 изображен фундамент под переходную опору воздушной линии - одна свая под каждую ногу опоры, план.

На фиг.4 - разрез по А - А на фиг.3.

На фиг.5 изображен фундамент под ногу переходной опоры воздушной линии в виде куста из 9-и свай, план.

На фиг.6 изображен ленточный фундамент с двумя рядами свай, план.

Пример 1 (фиг.1 и 2).

Фундамент под мачту возводят из одиночной сваи-оболочки 1, которая имеет диаметр 60 сантиметров, длину 1400 сантиметров и которую погружают в слабый грунт 2 погружателем 3 динамического (вибрационного или ударно-вибрационного) действия. После погружения сваи-оболочки 1 на глубину 1250 сантиметров при работающем погружателе 3 вокруг сваи-оболочки 1 производят трамбование слабого грунта 2 тяжелой трамбовкой 4, сбрасываемой с высоты посредством механизма сбрасывания 5 (базовая машина не показана). Удары трамбовки по поверхности 6 слабого грунта 2 образуют в заранее намеченных местах 7 кратеры 8. Поскольку грунт 2, прилегающий к вибрирующей свае-оболочки 1, подготовлен ею к уплотнению (структура грунта разрушена, а вода в ее порах «разжижена»), он интенсивно уплотняется и не зависает на свае-оболочке 1. Вес трамбовки 4, высоту сбрасывания и количество ударов в каждый кратер 8 назначают из условия достижения границей 9 периферийной зоны уплотнения конуса 10, образующегося из уплотненного грунта под нижним конусом сваи-оболочки и достижения проектной величины отказа.

Постоянно уменьшающийся при трамбовании отказ определяют в промежутки между ударами трамбовки по грунту, так как в частично разжиженном ударом трамбовки грунте погружаемая свая-оболочка делает рывок вниз, что облегчает ее погружение на конечной стадии, но искажает подлинную величину отказа.

Пример 2 (фиг.3 и 4)

Фундамент под переходную опору воздушной линии в плане имеет квадратную форму и его возводят в виде куста из четырех свай 11 - одна свая под каждую ногу опоры ( не показана). Каждая свая имеет длину 1200 сантиметров и ее погружают в слабый грунт 2 погружателем 3 динамического (вибрационного, ударно-вибрационного или ударного) действия. На конечной стадии погружения каждой сваи 11 производит трамбование слабого грунта 2 тяжелой трамбовкой 4 по заранее намеченным местам 7 вокруг сваи 11. Трамбование вокруг каждой сваи 11 производят до достижения сваей проектной величины отказа. После чего осуществляют трамбование по месту 12 слабого грунта центральной части фундамента, превращая под фундаментом слабый грунт 2 в границах 13 в плотный массив 14, что обеспечивает полезный пространственный эффект в напряженно-деформированном состоянии грунтового основания фундамента.

Привозным грунтом засыпают кратеры 8 и повышают опустившуюся при трамбовании поверхность массива 14 до проектного уровня 15, а сваи 11 связывают между собой элементами 16.

Пример 3 (фиг.5).

Фундамент под ногу переходной опоры воздушной линии в виде куста из 9-и свай (ростверг фундамента и нога опоры на чертеже не показаны) возводят в следующей последовательности.

Сначала в слабый грунт 2 погружают 8 свай 17, образующих периметр куста. Затем в центральную часть куста погружателем 3 динамического действия погружают 9-ю сваю 18 (показаны пунктиром) и одновременно с этим производят трамбование слабого грунта 2 тяжелой трамбовкой по заранее намеченным местам 7. При этом длинна сваи 18 на 2 - 4 метра превосходит длину сваи 17, это обеспечивает при ее погружении продолжительность вибрационного воздействия на слабый грунт 2, необходимую для трамбования всех мест 7 и качественного уплотнения слабого грунта 2 с «теневых», по отношению к местам 7, сторон свай 17.

Пример 4 (фиг.6)

Ленточный фундамент с двумя рядами свай, расположенных в шахматном порядке, возводят в следующей последовательности.

Сначала в слабый грунт 2 в первую очередь погружают сваи 19, затем во вторую очередь погружателем 3 динамического действия погружают сваи 20 - на чертеже показаны пунктиром. Одновременно с погружением в ряду сваи 20 производят трамбование грунта 2 тяжелой трамбовкой по местам 7: два места на внешней стороне этого ряда и одно - на внешней стороне смежного ряда. Целесообразно, аналогично примеру 3, чтобы длина сваи 20 второй очереди превосходила длину свай 19 первой очереди. После погружения свай 19 и 20 устраивают растверг фундамента - не показан.

Во всех примерах 1 - 4 все сваи погружают в слабый грунт 2 до его уплотнения трамбованием.

Источники информации:

1. Авторское свидетельство СССР № 1565965, кл. Е 02 D 27/12, опубл. 23.05.90.

2. Авторское свидетельство СССР № 1498891 кл. Е 02 D 7/02, опубл. 07.08.89.

3. Патент Российской Федерации № 2026921, кл. Е 02 D 3/046, опбл. 20.01.95

4. Патент Российской Федерации № 2149238, кл. Е 02 D 3/046, опубл. 20.05.2000.

5. Ягин В.П. Новое объяснение поведения водонасыщенных грунтов при сильных сотрясениях //Основания, фундаменты и механика грунтов. - 2000. - № 4. - С. 21-22.