Спосіб виконання розширення основи ґрунтоцементної палі нижче рівня підземних вод

Реферат: Спосіб виконання розширення основи ґрунтоцементної палі нижче рівня підземних вод забезпечує створення свердловини в масиві ґрунтів шляхом свердління (продавлювання), введення пластично-текучої суміші з одночасним перемішуванням та ущільненням. Як обсадна труба використовується оболонка із ґрунтоцементу, пробита порожниноутворюючим робочим органом в стовбурі палі. UA 99997 U (12) UA 99997 U UA 99997 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі будівництва, зокрема як до окремих конструктивних елементів, так і в цілому до промислових, цивільних, сільськогосподарських і житлових будівель та споруд і забезпечує підвищення несучої здатності ґрунтів, обводнених територій внаслідок облаштування буро-набивних паль або бурових опор з розширенням і призначений здійснювати роботи з відновлення експлуатаційної придатності як існуючих, так і новозбудованих об'єктів на пористих, слабких, структурно-нестійких ґрунтах та на обводнених територіях. У період активного будівництва 50-60 pp. минулого століття використовувалися відповідні технічні рішення, в тому числі конструкції опор на пристойних, із інженерно-геологічної точки зору ознак, ґрунтах. На цей час значна частина сприйнятних для забудови територій вичерпана, в зв'язку з чим виникає необхідність збільшувати кількість поверхів, що відповідно збільшує сумарне навантаження та використовувати для забудови території із складними інженерно-геологічними умовами, в тому числі і обводнених територій. Таким чином виникла потреба удосконалювати способи виконання бурових опор шляхом створення розширення, в тому числі і на обводнених територіях з метою підвищення несучої здатності ґрунтів основ. За звичай набивні палі по способу виготовлення поділяються на такі види, як: - буро-набивні - виготовлені в попередньо пробитих (пробурених, влаштованих) свердловинах під глинистим розчином або сухим способом в необхідних випадках з обсадною трубою, яка у міру укладання бетонної суміші виймається із свердловини. - буро-набивні з розширенною п'ятою [Див. Сваи и свайные фундаменты. Справочное пособие. Киев: Будівельник, 1977, стр. 3, типы свай]. Буро-набивні палі є найдешевшими фундаментами. Вони відрізняються високим ступенем використання несучої здатності ґрунтів основ. Найбільш ефективне їх застосування в сухих зв'язаних ґрунтах, однак при правильній організації робіт їх успішно використовують у піщаних ґрунтах, а також у глинистих (нижче рівня ґрунтових вод) [Див. Зоценко М.Л., Коваленко В.І., Хілобок В.Ч., Яковлев А.В. Інженерна геологія. Механіка ґрунтів, основи і фундаменти. Київ: Вища школа, 1992, стор. 273, розділ 12.2]. Відомі палі, які виготовляються в попередньо закріплених стінках свердловин глинистим розчином, які рекомендовано виконувати при прорізанні водонасичених ґрунтів (глинисті м'якопластичної та текучепластичної консистенції, які обвалюються або опливають в незакріплених свердловинах (довжина таких паль не більше 20 м)) [Див. Сваи и свайные фундаменты. Справочное пособие. Киев: Будівельник, 1977, стр. 35, 5-й абзац снизу]. Відомі особливого типу палі, так звані часто трамбовані, які виготовляються в металевій оболонці. Свердловина в ґрунті для таких паль виконується забивкою металевої трубчатої палі, оболонка якої вільно спирається нижнім кінцем на металевий башмак, який потім залишається в ґрунті. Металева труба-оболонка після заповнення її бетоном за допомогою частих, шо ідуть один за одним поперемінних ударів уверх, униз, спеціального молота одинокої дії, витягується. У випадку необхідності стовбур свердловини до початку заповнення бетоном армують металевим каркасом, який встановлюється в порожнину свердловини. Відомі так звані віброштамповані палі, коли порожнина свердловини заповнюється бетоном або бетоном з ущільненням його віброштампом. Такий спосіб ущільнення бетону або бутобетону в свердловині забезпечує вдавлення бутобетону в ґрунт, розширення п'яти і порожнини свердловини та ущільнення ґрунту навколо і під нижнім кінцем палі, що особливо прийнятно в просідаючих ґрунтах [Див. Сваи и свайные фундаменты. Справочное пособие. Киев: Будівельник, 1977, стр. 38, 7-й абзац снизу]. Недоліками даних технічних рішень є складність при виготовленні такого типу паль, яка обумовлена декількома послідовно виконуваними операціями, що знижує якість робіт, зменшує продуктивність праці, обмежує можливість їх використання при ремонтно-відновлювальних роботах на об'єктах, що експлуатуються та на забудованих територіях. Суттєве значення при виготовленні буро-набивних паль має бурове обладнання, серед найбільш відомого бурового обладнання є бурова установка СО-2, що складається з базової машини - екскаватора Э-1258Б, або гусеничного крана відповідної вантажопідйомності з прикріпленого на ньому стійкою і буровим навісним устаткуванням, рухливо з'єднаного зі стійкою і виконаного у вигляді каретки з електроприводом. До вихідного вала електроприводу прикріплена телескопічна бурова шнекова колона з очисником і буровим інструментом, що складається з двох телескопічних секцій, нижня з яких по всій довжині має шнекові лопаті. Наявність телескопічної бурової колони дозволяє виконувати свердловини без збірнорозбірних операцій нарощування і демонтажу секцій колон, що підвищує продуктивність буріння. Для проходки свердловини установку "СО-2" орієнтують на вісь буріння, телескопічну бурову колону опускають на ґрунт і включають привод. Під дією обертання і ваги буровий 1 UA 99997 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 інструмент руйнує породу, котра потрапляючи на шнекові лопаті телескопічної бурової колони транспортується по них нагору. Періодично шнек витягують на поверхню і видаляють з лопатей шнека ґрунт осторонь від свердловини очисником, рухливо з'єднаним зі шнековою частиною телескопічної бурової колони. При глибині свердловини, що перевищує довжину телескопічної бурової колони в складеному стані, колону подовжують розсовуючи першу і другу телескопічні секції [Див. Сваи и свайные фундаменты. Справочное пособие. Киев: Будівельник, 1977, стр. 246, рис. IV.25]. Недоліками бурової установки СО-2 та способу виготовлення бурових опор на її основі є її громіздкість, неможливість використання в стіснених, обмежених простором умовах будівель та споруд, що експлуатуються, необхідність періодичного витягування бурової колони для очищення лопатей шнека від ґрунту, необхідність використання додаткових технологічних процесів для подачі бетону в порожнину свердловини та його ущільнення, що унеможливлює створення безперервного процесу виготовлення бурової опори, а також складність при використанні на обводнених територіях. Відомим технічним рішенням відносно запроектованого є "Спосіб улаштування ґрунтоцементних елементів" [Див. Спосіб улаштування ґрунтоцементних елементів. Патент UA 2254, МЛК (2006), Е02Д 5/34; Е02Д 5/22. Бюл. № 5, 2007 Автори Зоценко Л.М., Бідношея М.В.], який забезпечує занурення жорсткого елемента, в даному разі, призматичних паль різної форми поперекового перерізу. А робота в такому випадку забезпечується буровим інструментом для розпушування ґрунту по всій глибині свердловини. Цемент та розрахункову додаткову кількість води подають у свердловину і перемішують зворотним обертанням бурового інструмента із розпушеним ґрунтом. Зворотне обертання інструмента забезпечує не тільки перемішування необхідних інгредієнтів, а і їх ущільнення. Жорсткий елемент у вигляді залізобетонної палі встановлюється в текучопластичну суміш. Занурення залізобетонної палі забезпечується під дією власної ваги за допомогою вібратора, обертання та ін. Недоліки такого "Способу…” є відсутність можливості створення ґрунтоцементної оболонки, а від так і розширення та стовбура внутрішньої палі, а отже забезпечити підвищення несучої здатності подібних ґрунтоцементних елементів, виготовлених в несприятливих ґрунтових умовах, стає неможливою. Також відомим технічним рішенням до запропонованого, що заявляється є паля ущільнення DDS по технології німецької фірми "BAUER". Особливість виготовлення таких паль полягає в тому, що свердління порожнини забезпечується без повної виїмки ґрунту, а шляхом розбурювання та ущільнення його в певних об'ємах. Робочий буровий пристрій занурюється під дією поступально-обертального руху (прохідного шнека). Виїмка ґрунту на поверхню забезпечується в об'ємі розбурювання свердловини прохідним шнеком, який знаходиться в оболонці інвентарної обсадної труби та ущільнюється завдяки її обертанню в зворотному напрямкові [Див. Реконструкция. Санкт-Петербург: 2005. Международная научно-практическая конференция. 19-21 октября 2005. Сборник докладов. Часть 1-я, стр. 218-221]. Недоліками таких паль ущільнення (DDS) є збільшення можливості процесу корозії у випадку використання металевих трубчатих елементів і відсутність запобіжних заходів, щодо можливості їх використання на обводнених територіях та виконання розширення для підвищення несучої здатності палі. Близьким технічним рішенням до запропонованого, що заявляється є буро-набивна паля з розширенням нижче рівня підземних вод. Для цього попередньо до рівня підземних вод вибурюється свердловина, а вся глибина обтискується обсадною трубою меншого діаметра 3 свердловини. Через обсадну трубу порціями 0,1-0,15 м засипається жорсткий матеріал (щебінь, жорсткий бетон), який трамбується спеціальною трамбівкою масою 3-5 тн. Кожна порція трамбується до відмови, яка встановлюється показником "відмови" або переміщенням менше 1см за останні 10 ударів трамбівки [Див. Проблемы защиты, строительства зданий и сооружений на просадочных грунтах. Тезисы докладов. Киев 1987, авторы Коваль И.П., Гупаленко В.И. Буронабивные сваи с уширением ниже уровня подземных вод. Стр. 177]. Недоліком такого технічного рішення є складність використання трамбівки в обсадній трубі для ущільнення жорстких матеріалів (щебінь, жорсткий бетон), обмежує можливість їх використання при ремонтно-відновлювальних роботах на об'єктах, що експлуатуються та на територіях, що забудовані. Найбільш близьким технічним рішенням за сукупністю ознак до запропонованого, що заявляється є "Спосіб улаштування ґрунтоцементних оболонок в структурно нестійких ґрунтах" [Див. Спосіб улаштування ґрунтоцементних оболонок в структурно нестійких ґрунтах. Патент UA 2 UA 99997 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 78059, МЛК (2012), Е04С 1/100 Бюл. №5, 2013 Автори Галушко В.О., Галушко О.М. та ін.], який забезпечує занурення жорсткого елемента в текучо-пластичну суміш, а в процесі тужавіння по зовнішній поверхні жорсткого елемента формується оболонка. Недоліком такого технічного рішення є необхідність використання як основ для паль, тобто жорстких елементів, ґрунтів високої несучої здатності. В основу корисної моделі поставлена задача розробки такого "Способу виконання розширення основи ґрунтоцементної палі нижче рівня підземних вод", в якому за рахунок використання відомого технічного рішення буро-набивної палі з розширенням нижче рівня підземних вод з використанням обсадних труб шляхом розпушування ґрунту по глибині свердловини, введення суміші відповідної консистенції в обсадну трубу з наступним ущільненням трамбівкою і поступовим формуванням основи палі в межах підземних вод, замінивши призначення деяких шляхом конструктивних змін, додавши нові елементи і, забезпечивши їх взаємозв'язок при спільній роботі, стало б можливим створення такого "Способу…”, який би забезпечив виготовлення оболонки із ґрунтоцементу шляхом продавлювання і поступально обертального руху порожнино утворюючого робочого органу, так званого пуансона, в ґрунтоцементному масиві, наповнення оболонки сумішшю відповідної консистенції з розширенням основи ґрунтоцементної палі та нарощування стовбура внутрішньої палі, забезпечення ефективності спільної роботи ґрунтоцементної оболонки та внутрішньої палі з розширенням, що збільшить несучу здатність водонасичених ґрунтів, а використання "Способу…” в просідаючих ґрунтах зменшить навантаження на внутрішню робочу палю за рахунок штучно створеної оболонки з ґрунтоцементного масиву, яка включається в роботу при виникненні деформації водо насичених або просідаючих ґрунтів. Суть корисної моделі пояснює креслення. Фіг. 1 Загальний вигляд розпушування ґрунту по глибині свердловини шляхом вибурювання; Фіг. 2 Загальний вигляд ґрунтоцементної оболонки, створеної шляхом продавлювання та поступально-обертального руху порожниноутворюючого робочого органа (пуансона); Фіг. 3 Фрагмент створення розширення; Фіг. 4 Розширювач циліндричного перерізу; Фіг. 5 Розширювач квадратного перерізу; Фіг. 6 Фрагмент розширення і стовбура внутрішньої палі. Запропонований "Спосіб виконання розширення основи ґрунтоцементної палі нижче рівня підземних вод" є комплексним, до якого входять: 1 - рівень поверхні землі; 2 - проектне положення ґрунторуйнівного елемента в зборі штанги - пуансона (умовно); 3 - верх ґрунтоцементної оболонки (умовно); 4 - межі пробитої свердловини в ґрунтоцементному масиві, так званої лідерної свердловини; 5 - ґрунторуйнівний елемент в зборі (штанга); 6 - розширюючий (ущільнюючий) елемент конічної зрізаної форми; 7 - конічна ємкість; 8 - робочий орган розширюючого (ущільнюючого) елемента; 9 - крізні отвори; 10 - межі ґрунтоцементної оболонки; 11 - непорушений ґрунт навколо стовбура ґрунтоцементної оболонки; 12 - рослинний шар; 13 - суглинок; 14 - ліс; 15 - суглинок лісовидний; 16 - супісок; 17 - рівень підземних вод; 18 - розширення основи; 19 - стовбур внутрішньої палі; 20 - робочий орган ґрунторуйнівного елемента; 21 - шнек; 22 - лопать; 23 - наконечник; 24 - наголовок; 25 - зона розпорошеного грунту; 26 - розширюючий елемент квадратного перерізу; 27 - розширюючий елемент циліндричного перерізу; 28 - водовідштовхуючий антифрикційний шар з мастики; 3 UA 99997 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 29 - вгнута поверхня; 30 - вигнута поверхня. Умовні позначення: Hкп - висота можливого капілярного підйому відносно рівня підземних вод. Конструктивні елементи, які є складовими запропонованого "Способу…» представляють класи матеріалів, які відповідають діючим стандартам та умовам, в яких вони експлуатуються. Для обслуговування "Способу…» при виготовленні конструктивних елементів необхідно двоє робітників - будівельник, механік. "Спосіб виконання розширення основи ґрунтоцементної палі нижче рівня підземних вод" з урахуванням актуальності і подальшого вдосконалення ґрунтоцементних елементів представляє доцільність використання подібного "Способу…». Запропонований "Спосіб виконання розширення основи ґрунтоцементної палі нижче рівня підземних вод" здійснюється таким чином. В зоні виконання розширення основи ґрунтоцементної палі попередньо проводяться інженерно-геологічні вишукування, визначаються фізико-механічні властивості, в тому числі показники деформацій та межі напластувань відповідних ґрунтів основ, рівень підземних вод. Для виконання усіх необхідних робіт використовують спеціальне обладнання, а саме: порожниноутворюючий робочий орган, який є складовим і включає знімні ґрунторуйнівні бурові та розширюючи і ущільнюючі елементи, у вигляді конічної зрізаної форми. Знімний буровий наконечник являє собою буровий шнек з порожниною конічної зрізаної форми та отворами в лопатях і використовується для руйнування ґрунту порожнини майбутньої свердловини. Розширюючий наконечник конічної зрізаної форми з порожниною має знімну заглушку в нижній частині та крізні отвори. Зовнішня поверхня розширюючого наконечника має вгнутовигнуту форму, а в перерізі вони квадратні або круглі. Така форма забезпечує безперешкодне переміщення відповідної цементної суміші в масив розпушеного ґрунту та ущільнення і поступове формування розширення основи палі, підйом на поверхню розширюючого наконечника забезпечить формування ґрунтоцементної оболонки. Спеціальне обладнання порожнино утворюючого робочого органа закріплюється на штанзі прямої та зворотної дії - 5 (показано умовно). Для виконання робіт використовується монтажний пристрій типу портал (нами умовно не показано). Після розпушування ґрунту по глибині свердловини, введення суміші відповідної консистенції, створення ґрунтоцементного масиву - 1, 2, 3, 4, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 20, 21, 22, 23, 24, 25 та розбудови порожнини в ґрунтоцементному масиві - 2, 3, 26, 27 так званої лідерної свердловини - 2, 4 шляхом свердління, продавлювання і ущільнення внаслідок дії поступальнообертального руху грунторуйнівного елемента в зборі (штанга) пуансон (умовно) - 2, 5. Виконують розширення - 18 шляхом передачі надлишкової суміші з одночасним ущільненням. При цьому нижня межа ґрунтоцементного масиву 1, 2, 3, 4, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 25 і відповідно лідерної свердловини визначається межею показника hкп (висота можливого капілярного підйому відносно рівня підземних вод). Тобто межі ґрунтоцементного масиву - 4 лідерної свердловини - 2, 4, 10 повинні співпадати з лінією можливого капілярного підйому. Після незначного тужіння суміші (в межах декількох десятків хвилин), на внутрішню поверхню пробитої свердловини - 3, 10 в ґрунтоцементному масиві - 4 наноситься водовідштовхуючий антифрикційний шар - 28 з мастики, яка подається порожниною штанги - 2, 5 до ущільнюючого елемента 6, 7, 8, 9, а далі крізь отвори - 9 на поверхню під тиском та завдячуючи поступально обертальному руху наноситься на ґрунтоцементну поверхню - 3, 4 10. Після виконання робіт по нанесенню антифрикційного шару - 28 з мастики подається суміш відповідної консистенції в нижній кінець лідерної свердловини в залежності від показників зволоження ґрунтів основ за межами ґрунтоцементного масиву - 4 та її ущільнення (суміші) внаслідок дії поступальнообертального руху грунторуйнівного робочого елемента в зборі (пуансона) - 2, 5, на якому закріплено розширюючий (ущільнюючий) елемент один із двох типів - 26, 27. Суміш подається відповідними порціями в порожнину між вгнуто-29, вигнутими-30 поверхнями розширюючого (ущільнюючого) елемента та пробитої свердловини - 4 (так званої лідерної). А завдячуючи поступально обертальному рухові грунторуйнівного робочого елемента так званого пуансона 2, 5 в якому розширюючі елементи - 6, 7, 26, 27 являють собою циліндри або призми з вигнутовгнутими поверхнями - 29, 30, що забезпечує наявність щілин, крізь які в процесі обертання штанги - 2, 5 розчин приникає в нижню частину конічного наконечника - вдавлюється в навколишній масив ґрунту - 11 поступово формує розширення - 18 з відповідною щільністю. Далі грунторуйнівний робочий елемент, так званий пуансон - 2, 5 переміщується уверх, до рівня поверхні землі - 1, 3, а далі до проектного положення - 2. Таким чином створена паля з 4 UA 99997 U 5 10 15 20 25 30 розширенням - 18, 19 в подальшому забезпечить передачу навантаження від ваги споруди на стовбур внутрішньої палі - 19, далі на розширення основи - 18. При цьому слід попереджати можливість жорсткого зчеплення ґрунтоцементного масиву - 4 з розширенням основи - 18 і стовбура внутрішньої палі - 19. У випадку подальшого підйому підземних вод або наявності лісових просідаючих ґрунтів, останні при подальшому зволоженні почнуть просідати і в цьому випадку навантаження від негативного тертя буде передаватися на ґрунтоцементну оболонку - 10 тим самим зменшуючи навантаження на стовбур внутрішньої палі - 19 та розширення основи - 18. Зазначені технічні ознаки забезпечують використання запропонованого технічного рішення в будівництві на основі наступних переваг: - збільшується несуча здатність водонасичених ґрунтів основ; - стає можливим використання і в просідаючих ґрунтах; - зменшується відповідна кількість паль і ґрунтоцементних елементів; - скорочується кількість послідовно виконаних операцій; - підвищується експлуатаційна придатність, що забезпечує такому "Способові…» відповідність критерію "Промислова придатність» Джерела інформації: 1. Сваи и свайные фундаменты. Справочное пособие. Киев: Будівельник, 1977, стр. 246; 2. 3оценко М.Л., Коваленко В.І., Хілобок В.Ч., Яковлев А.В. Інженерна геологія. Механіка ґрунтів, основи і фундаменти. Київ: Вища школа, 1992, стор. 273 3. Реконструкция. Санкт-Петербург: 2005. Международная научно-практическая конференция. 19-21 октября 2005. Сборник докладов. Ч. 1-я; 4. Коваль И.П., Гупаленко В.И. Буронабивные сваи с уширением ниже уровня подземных вод // Проблемы защиты, строительства зданий и сооружений на просадочных грунтах. Тезисы докладов. Киев 1987, стр. 177; 5. Спосіб улаштування ґрунтоцементних елементів. Патент UA 2254, МЛК (2006), Е02Д 5/34; Е02Д 5/22. Бюл. № 5, 2007 Автори Зоценко Л.М., Бідношея М.В. 6. Спосіб улаштування ґрунтоцементних оболонок в структурно нестійких ґрунтах. Патент UA 78059, МПК (2013.01), Е04С 1/00. Бюл. № 5, 2013. Автори Галушко В.О. та ін. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 50 1. Спосіб виконання розширення основи ґрунтоцементної палі нижче рівня підземних вод, що забезпечує створення свердловини в масиві ґрунтів шляхом свердління (продавлювання), введення пластично-текучої суміші з одночасним перемішуванням та ущільненням, який відрізняється тим, що як обсадна труба використовується оболонка із ґрунтоцементу пробита порожниноутворюючим робочим органом в стовбурі палі. 2. Спосіб виконання розширення основи ґрунтоцементної палі нижче рівня підземних вод за п. 1, який відрізняється тим, що порожниноутворюючий робочий орган є складовий і включає як ґрунторуйнівний буровий, так і розширюючий та ущільнюючий елементи. 3. Спосіб виконання розширення основи ґрунтоцементної палі нижче рівня підземних вод за п. 2, який відрізняється тим, що в перерізі розширюючі елементи мають вгнуто-вигнуті поверхні. 4. Спосіб виконання розширення основи ґрунтоцементної палі нижче рівня підземних вод за п. 2, який відрізняється тим, що ущільнюючий елемент представляє порожнину з крізними отворами, а нижній кінець його має конічну форму з заглушкою. 5. Спосіб виконання розширення основи ґрунтоцементної палі нижче рівня підземних вод за п. 3, який відрізняється тим, що порожнина ґрунтоцементної оболонки заповнюється відповідно бетонною сумішшю, створюючи стовбур палі. 6. Спосіб виконання розширення основи ґрунтоцементної палі нижче рівня підземних вод за п. 1, який відрізняється тим, що нижня межа ґрунтоцементної оболонки визначається показником hкп (капілярний підйом) висота можливого капілярного підйому відносно рівня підземних вод. 5 UA 99997 U 6 UA 99997 U 7 UA 99997 U 8 UA 99997 U 9 UA 99997 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 10