способ укрепления откосов и щелеобразователь для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ укрепления откосов, включающий разработку котлована и горизонтальное армирование грунта по мере разработки котлована сквозь границу оползня, отличающийся тем, что армирование грунта осуществляют послойно путем вдавливания в стенку естественного грунта плоских щелеобразователей с арматурой и последующего напорного инъектирования твердеющего раствора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед началом разработки по периметру будущего котлована заглубляют шпунтовые сваи ниже дна будущего котлована.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что щелеобразователи вдавливают в грунт горизонтально под наклоном к поверхности борта котлована, располагая их в межсвайном промежутке один над другим и расходящимися на величину контакта при полном заглублении.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что армирование осуществляют путем заполнения твердеющим раствором сначала щелеобразователей одного направления, а после полного затвердевания раствора - другого направления.

5. Щелеобразователь, включающий корпус с теряемым наконечником, размещенные на наружной поверхности корпуса запорный элемент и упор, фиксируемые в заданном положении, и размещенную внутри корпуса арматурную сетку.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для укрепления откосов, насыпей и выемок, а также при производстве глубоких котлованов, в том числе с вертикальными стенками в неустойчивых сыпучих и слабых грунтах, а также при отрывке котлованов в стесненных условиях.

Известен способ укрепления насыпи по патенту РФ № 2138596 (МПК Е02D 17/18, опубл. 27.09.1999). Насыпь включает послойно отсыпанный горизонтальными слоями с уплотнением армированный грунт. В качестве арматуры в нижней и верхней частях насыпи используют гибкий материал в виде сплошного покрытия, работающий на растяжение, например геотекстиль или геосетки, а в средней части используют дискретные, сопротивляющиеся срезающим усилиям жесткие конструктивные элементы, например железобетонные балки. Эти элементы выполнены в виде жестких стержней и заделаны не менее чем на 2/3 своей длины в устойчивом ядре насыпи.

Данный способ обеспечивает полное использование прочностных свойств армирующих элементов.

Недостатком способа по патенту № 2138596 является ограниченная область применения, поскольку он может быть использован только для укрепления откосов в процессе создания искусственных насыпей. Укрепление стен котлованов или уже сооруженной насыпи данным способом невозможно.

Известен также способ укрепления оползневых склонов (патент РФ № 2191865, МПК Е02D 17/20, опубл. 27.10.2002), включающий погружение в грунт сквозь границу оползня стальных электродов с образованием вокруг них электрохимических свай. В известном способе прокалывают трубой устойчивый грунт, границу оползня и слой оползневого грунта, размещают в трубе по крайней мере один трос и стальной электрод, закрепляют внешние со стороны оползневого склона концы троса и электрода, вытягивают трубу из грунта, пропускают электрический ток до завершения образования электрохимической сваи вокруг троса.

Недостатком данного способа является сложная и дорогостоящая технология армирования грунта, а также ненадежность, полученная в результате сцепления электрохимической сваи с грунтом.

Прогрессивным методом крепления вертикальных и крутопадающих грунтовых стен котлованов глубиной до 12-15 м является использование в качестве подпорной конструкции самого грунта, укрепленного системой арматурных стержней - нагелей (Руководство по комплексному освоению подземного пространства крупных городов. - Утверждено 30.11.2004 Ученым советом Российской академии архитектуры и строительных работ, п. 4.1.2.39).

Сущность этого метода заключается в том, что для обеспечения устойчивости крутых откосов или вертикальных стен котлованов в грунт забивают, вдавливают или устанавливают на цементно-песчаном растворе в готовую скважину стержни (нагели). В результате образуется массивная подпорная (грунтово-арматурная) стена большой массы. Укрепление армированием основано на развитии между стержнями и грунтом при нагружении сил трения, сцепления. Данный способ позволяет повысить устойчивость бортов котлованов, откосов, насыпей, предотвратить оползание призмы обрушения вдоль потенциально опасной по сдвигу поверхности скольжения за счет количества стержней. При этом стержни забивают на глубину, которая пройдена через потенциальную призму обрушения, полосу локализованных деформаций и заглублены в устойчивую область основания.

Метод нагельного армирования является наиболее близким к предлагаемому и принят в качестве прототипа.

Недостатком нагельного армирования является недостаточная площадь контактирующей поверхности каждого стержня в отдельности, отсюда малые усилия выдергивания его из грунта. Этот недостаток обычно восполняется за счет количества стержней, что ведет к удорожанию. Однако более существенным недостатком является непригодность способа нагельного армирования для песчаных фунтов. В этом случае наиболее надежной была бы плоская поверхность армирующей площадки, а не стержневая.

Техническая задача, решаемая в предлагаемом изобретении, заключается в расширении области применения при повышении надежности крепления стен котлована и несущей способности его верхней площадки.

Поставленная задача решается тем, что в способе укрепления откосов, включающем горизонтальное армирование грунта сквозь границу оползня, армирование грунта осуществляют послойно путем вдавливания в стенку естественного грунта плоских щелеобразователей с арматурой и последующего напорного инъектирования твердеющего раствора.

Строительство котлованов в условиях чрезвычайно плотной городской застройки имеет свои особенности. В первую очередь это касается невозможности устройства ограждений котлованов с помощью забивки свай или металлического шпунта из-за негативного воздействия на фундаменты и стены близко расположенных зданий. Задавливание статической нагрузкой обеспечивает возможность контроля и оперативной корректировки возникающих перекосов, а главное - сохранение ненарушенности скелета грунта, которое неизбежно при динамических нагрузках, особенно слоя грунта, контактирующего с корпусом. Отметим, что приоритетным в предлагаемом способе является использование машин, в которых развиваются большие тяговые усилия, например появившихся в последнее время машин для статического задавливания не только свай, но и других конструкций в нетронутый грунт.

При задавливании в нетронутый грунт щелеобразователей с арматурной сеткой происходит дополнительное уплотнение грунта, а последующее напорное инъектирование обеспечивает дальнейшее его уплотнение и хороший контакт с грунтом. Такая последовательность операций дает возможность укрепления склонов как уже существующих насыпей и котлованов, так и в процессе сооружения новых. При этом повышаются надежность крепления стен котлована и несущая способность его верхней площадки.

Для увеличения контактной армирующей площадки при укреплении вертикальных стен большой высоты необходимо по периметру будущего котлована произвести устройство шпунтовых свай, заглубленных ниже дна проектируемого котлована, а направление вдавливания в фунт щелеобразователей осуществлять горизонтально под наклоном к поверхности борта котлована, располагая их в межсвайном промежутке один над другим и расходящимися до потери контакта при полном заглублении.

Для армирования грунта авторами разработано специальное оборудование - щелеобразователь.

Наиболее близкий аналог, соответствующий родовому понятию щелеобразователя, не выявлен.

Техническая задача, решаемая в предлагаемом щелеобразователе, как и в способе, для реализации которго он предназначен, заключается в повышении надежности армирования фунта при расширении области применения.

Поставленная задача решается следующим образом. Устройство для реализации способа укрепления откосов (щелеобразователь) включает в себя корпус с теряемым наконечником, размещенный на наружной поверхности корпуса запорный элемент, фиксируемый в устье скважины, упор для создания усилий вдавливания щелеобразователя, фиксируемый на корпусе в заданном положении, и размещенная внутри корпуса арматурная сетка.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема укрепления вертикальной стенки большой высоты; на фиг.2 - схема укрепления откосов при производстве котлованов; на фиг.3 - схема устройства щелеобразователя.

Предлагаемый способ реализуется, а щелеобразователь работает следующим образом.

При создании котлована с вертикальными стенками в обрушаемом грунте необходимо перед началом работ, связанных с армированием, по периметру будущего котлована произвести устройство шпунтовых свай 1, заглубленных ниже дна проектируемого котлована, а затем уже производить послойную экскавацию грунта из котлована и укрепление его стенок посредством образования армирующих элементов 2. Затем отрывают котлован заданной площади на глубину 1-2 метра. По периметру котлована в его стенки последовательно задавливают щелеобразователи в горизонтальном направлении под наклоном к поверхности борта котлована на глубину, превышающую глубину потенциальной призмы обрушения. Запорный элемент 3 и упор 4 фиксируют в устье полученной скважины. Затем во внутреннюю полость подают твердеющий раствор под давлением. Под действием давления теряемый наконечник 5 с закрепленной на нем арматурной сеткой 6 отделяется от корпуса 7 щелеобразователя. Корпус 7 щелеобразователя по мере заполнения скважины твердеющим раствором перемещают к свободной поверхности борта котлована, фиксируя запорный элемент 3 в устье скважины (в качестве пакера). После заполнения скважины твердеющим раствором щелеобразователь задавливают в соседний межсвайный промежуток под тем же углом наклона к поверхности борта котлована. Операцию повторяют по всему контуру котлована. После затвердевания раствора аналогично изготавливают армирующие элементы другого направления по всему контуру

После завершения работ производят экскавацию грунта следующего слоя высотой 1-2 метра и аналогично укрепляют его.

Операцию укрепления повторяют последовательно и оканчивают, когда будет достигнута заданная глубина котлована.

В случае укрепления откосов шпунтовые сваи 1 не применяются, а армирующие элементы 2 укладывают в ряд без наклона к поверхности борта котлована (фиг.2).