Способы сооружения коротких свай из заполнителя

Способы сооружения коротких свай из заполнителя

Реферат

 

Изобретение относится к способам и устройствам, предназначенным для улучшения осуществимости коротких свай из заполнителя. Способ сооружения короткой сваи из заполнителя в основной массе грунта включает формирование полости в грунте, частичное заполнение полости последовательными слоями заполнителя, некоторые из которых уплотняют в последовательном порядке при их введении в полость нагрузку всех слоев, составляющих сваю из заполнителя, после размещения и уплотнения отдельных слоев и после формирования всей сваи и перед размещением конструкции на свае путем приложения нагрузки конструкции сваи, содержащей нагрузочный элемент, на крайний сверху слой для осуществления, по меньшей мере, частично необратимого сжатия сваи и, по меньшей мере, частично необратимой деформации основной массы грунта, примыкающего к свае. Технический результат изобретения состоит в повышении прочности и нагрузочной способности основной массы грунта в непосредственной близости от коротких свай из заполнителя, снижении затрат на сооружение коротких свай, улучшении их конструкции. 5 н. и 27 з.п. ф-лы, 47 ил.

Предпосылки создания изобретения

Настоящее изобретение относится к земляным работам в строительстве, в частности к реализациям коротких свай из заполнителя. Более конкретно это изобретение относится к способам и устройствам, предназначенным для улучшения осуществимости коротких свай из заполнителя, повышения прочности и нагрузочной способности основной массы грунта в непосредственной близости от коротких свай из заполнителя, снижения затрат на сооружение коротких свай из заполнителя, улучшения конструкции коротких свай из заполнителя и использования коротких свай из заполнителя в инженерных применениях, предусматривающих повышение несущей способности за счет противооса-дочных мер, обеспечения сопротивления поперечным нагрузкам, противооползневым мерам и мерам по противодействию выпору грунта путем установки анкерных опор.

Известно повышение нагрузочной способности грунта, которая в противном случае была бы неудовлетворительной, путем формирования коротких свай из заполнителя, например, таких как те, сущность которых раскрыта в патенте США №5249892, объект изобретения которого включен во всей его полноте путем ссылки. Вообще говоря, короткие сваи из заполнителя сооружают на месте путем индивидуального уплотнения тонких слоев бетонной смеси или слоев заполнителя внутри полости, сформированной в грунте. При уплотнении каждого слоя вертикальные силы уплотнения передаются через заполнитель в вертикальном и поперечном направлениях наружу в окружающий грунт. Свая, получаемая в результате создания "пачки" слоев, каждый из которых уплотнен перед формированием следующего слоя и каждый из которых включает элементы заполнителя, не являющиеся когезивными, характеризуется способностью передавать относительно большую часть нагрузки наружу в поперечном направлении в примыкающий, предварительно напряженный грунт. Признано, что короткие сваи из заполнителя привели к перевороту в области гражданского строительства, в частности, потому, что они обеспечивают повышенную несущую способность в грунтовых средах, которые в противном случае сделали бы сооружение адекватных фундаментов дорогим или неосуществимым.

Поскольку короткие сваи из заполнителя являются относительно недавней разработкой, позднее было предпринято множество попыток повышения их осуществимости, уменьшения их стоимости, а также расширения области их применения и/или усовершенствования их конструкции. В настоящем изобретении предложены несколько уникальных новых методов, которые включают новые способы и применение новых устройств, обеспечивающих преимущества повышения осуществимости коротких свай из заполнителя, уменьшения их стоимости, расширение области их применения и/или улучшение их конструкции.

Осуществимость коротких свай из заполнителя в некоторых грунтовых средах ограничивается характеристиками несущей способности основных грунтов. Эти характеристики включают прочность грунта на сдвиг, характеристики сжатия, уплотняемость, плотность и проницаемость для воды или сродство к воде. Например, признано, что, особенно в рыхлых или мягких грунтовых средах, могут возникать нежелательные степени осадки, когда к коротким сваям из заполнителя, сооруженным в соответствии с известными способами, прикладывают несущую нагрузку. Также признано, что, при известных конструкциях коротких свай из заполнителя, очень мягкие субгрунты могут привести к излишним затратам материалов на сооружение, например, к укладке значительного количества заполняющего щебня в нижнюю выпуклую часть короткой сваи из заполнителя во время этапа сооружения, на котором осуществляют тромбование или уплотнение. Эти недостатки создают тенденцию к ограничению осуществимости известных способов сооружения коротких свай из заполнителя. Таким образом, было бы желательно разработать способы, которые создадут тенденцию благотворного влияния на характеристики основных грунтов в отдельности и/или основных грунтов в совокупности с короткими сваями из заполнителя, или улучшения этих характеристик. Также было бы желательно разработать способы сооружения коротких свай из заполнителя, которые создавали бы тенденцию к распространению осуществимости коротких свай из заполнителя на широкий круг составов грунта.

Еще одна проблема, связанная с развитием известных к настоящему времени способов сооружения коротких свай из заполнителя, относится к "пластичным" или "вспучивающимся" грунтовым средам. Эти типы основных масс грунта характеризуются большой вероятностью изменения объема из-за поглощения воды. Такие составы грунта проявляют тенденцию к созданию возможности воздействия нежелательных сил выпора грунта на короткие сваи из заполнителя и на окружающие основные грунты. Силы выпора грунта нежелательны потому, что подпираемые элементы строительных конструкций, такие как фундаментные башмаки, фундаментные сетки, балки и плиты, будут проявлять тенденцию к перемещению вверх, вызывая повреждение конструкций и/или нарушение их внешнего вида. Поэтому было бы желательно разработать способы сооружения коротких свай из заполнителя, которые уменьшают вероятность появления сил выпора грунта в пластичных или вспучивающихся грунтовых средах. Еще одно ограничение, накладываемое на осуществимость известных способов сооружения коротких свай из заполнителя, связано с размываемыми грунтовыми средами (т.е. с грунтами, которые проявляют тенденцию к размыванию, когда подвергаются воздействию достаточного динамического механического напряжения). Как правило, инженерные нормы могут требовать конкретной градации дрены из заполнителя в размываемых грунтовых средах. Существующие конструкции дрен из заполнителя не сооружают путем создания тонких слоев, в результате чего они неэффективны при противоосадочных мерах или мерах по предотвращению размывания грунтов, которые могут быть обусловлены известным способом сооружения коротких конструкций из заполнителя, предусматривающим уплотнение каждого слоя (способ сооружения коротких свай из заполнителя). Поэтому желательно разработать способы сооружения коротких свай из заполнителя, которые обеспечивают возможность удовлетворения требований к градации дрен из заполнителя.

Еще одна проблема, существующая в связи с известными способами сооружения коротких свай из заполнителя, заключается в том, что в мягких или неустойчивых (нестабильных) грунтовых средах полость сваи может проявлять тенденцию к деформации внутрь полости или к иному повреждению при формировании сваи на месте. Поэтому было бы желательно разработать способы сооружения коротких свай из заполнителя, которые уменьшают возможность внесения повреждения в полость сваи во время сооружения сваи.

Еще одна проблема, существующая в связи с известными способами сооружения коротких свай из заполнителя, заключается в том, что ударная нагрузка, обычно прикладываемая для уплотнения каждого слоя при сооружении короткой сваи из заполнителя, может создавать проблемы в зонах, находящихся в непосредственной близости к чувствительным конструкциям (например, более старым зданиям) или подземным объектам, таким как трубы, водопропускные сооружения или коллекторы. Поэтому было бы желательно разработать способы сооружения коротких свай из заполнителя, которые не представляют опасность в плане повреждения близлежащих чувствительных конструкций.

Поскольку короткие сваи из заполнителя желательны, в частности, потому, что они экономичны, желательно разработать способы сооружения, которые уменьшают стоимость коротких свай из заполнителя по сравнению с известными способами сооружения. Также желательно разработать способы сооружения, которые поддерживают целостность основных грунтов, подвергающихся повреждению во время сооружения. И еще, ввиду преимуществ, признанных за известными способами сооружения коротких свай из заполнителя, было бы желательно распространить область применения коротких свай из заполнителя на те области земляных работ в строительстве, которые предусматривают, например, глобальную стабилизацию, обеспечение сопротивления поперечным нагрузкам, противооползневые меры и меры по противодействию силам выпора грунта. И, наконец, было бы желательно разработать способы и устройства для получения данных распределения механических напряжений и других данных о сооружаемых коротких сваях из заполнителя.

Краткое изложение сущности изобретения

Решение вышеупомянутых задач и достижение вышеупомянутых желательных преимуществ реализуется с помощью настоящего изобретения, где предложены несколько новых способов и устройств, которые повышают осуществимость коротких свай из заполнителя, повышают характеристики прочности и несущей способности основной массы грунта в непосредственной близости от коротких свай из заполнителя, уменьшают затраты на сооружение коротких свай из заполнителя, улучшают конструкцию коротких свай из заполнителя и обеспечивают применение коротких свай из заполнителя в инженерных приложениях, предусматривающих противоосадочные меры, повышение несущей способности, обеспечение сопротивления поперечным нагрузкам, противооползневые меры и меры по противодействию силам выпора грунта путем установки анкерных опор.

А. Способы сооружения коротких свай из заполнителя, предназначенные для повышения характеристик грунта

Один аспект настоящего изобретения относится к способам сооружения коротких свай из заполнителя, предназначенным для повышения нагрузочной способности грунта, а также к конструкциям коротких свай из заполнителя, получаемым такими способами. Эти способы включают следующее: 1) способы и устройства для предварительной нагрузки грунтов и коротких свай из заполнителя; 2) способы внесения химических добавок в конструкции коротких свай из заполнителя; 3) способы применения сеточной арматуры в конструкциях коротких свай из заполнителя, а также короткие сваи из заполнителя, сооруженные этими способами. Эти способы делают реализации коротких свай из заполнителя более осуществимыми в грунтовых средах, сложных для строительства.

1. Способы сооружения с использованием предварительной нагрузки или предварительной деформации

а) Предварительная деформация или предварительная нагрузка коротких свай из заполнителя

Короткие сваи из заполнителя являются сжимаемыми. В случае приложения нагрузки они проявляют тенденцию к некоторому выпучиванию, а также к сжатию в вертикальном направлении внутри заполнителя, вследствие чего заполнитель уплотняется. Также имеет место вертикальная деформация, поскольку прилегающий основной грунт деформируется, мобилизуя боковое трение на сопротивление нагрузке посредством сопротивления вертикальному сдвигу. За счет "предварительной деформации" короткой сваи из заполнителя значительная часть возникающей деформации является необратимой и постоянно подавляется. Это происходит вследствие неупругой деформации (уплотнения заполнителя) внутри самой короткой сваи из заполнителя и неупругой предварительной деформации основного грунта, прилегающего к короткой свае из заполнителя и находящегося под ней. Новым эффектом является "увеличение жесткости" сваи, так что в случае возникновения такой же деформации, как возникшая в первый раз, свая оказывается "предварительно деформированной", так что можно прикладывать нагрузку побольше. И наоборот, та же самая кратковременная нагрузка, прикладываемая во второй раз, может привести к меньшей деформации ввиду этого предварительной деформации или предварительной нагрузки, а также увеличения жесткости сваи.

Это доказано в процессе экспериментов с крупногабаритными короткими сваями из заполнителя. На сваях провели некоторое количество испытаний на нагрузку, причем после приложения максимальной требуемой нагрузки ее снимали и прикладывали вторую нагрузку до достижения той же самой величины, какую имела ранее прикладывавшаяся максимальная нагрузка. В некоторых случаях вторую нагрузку прикладывали сразу же после окончания последовательности приложения первой нагрузки. В других случаях вторую нагрузку прикладывали по прохождении периода от одних суток до нескольких суток после первого нагружения. Деформацию измеряли при всех приращениях нагрузки как во время первоначального цикла, так и во время второго цикла, или цикла предварительного нагружения. Как правило, примерно 50% суммарной деформации исключалось, когда прикладывали вторую нагрузку. Дополнительная нагрузка, вызываемая кратковременной деформацией такой же величины, какая была в результате приложения первой максимальной нагрузки, составляла порядка 150% величины первой максимальной нагрузки.

Точно так же можно применять предварительную деформацию путем использования гидравлического домкрата или иного приспособления, а также приложения давления за счет реакции силы тяжести, например, тяжелой единицы оборудования, тяжелого транспортного средства или собственной массы конструкции. Такую нагрузку также можно приложить с помощью специального устройства, вводимого в полость короткой сваи из заполнителя. Это устройство позволяет получить необходимую силу реакции за счет плотного контакта с основными грунтами, прилегающими к полости, и гарантирует приложение поперечной силы к стенкам полости с одновременным обеспечением набора сдвигаемых плит в контакте с грунтом. Эту нагрузку также можно прикладывать посредством динамической силы, например, при управляемом взрыве или падении грузов.

б) Предварительное напряжение и предварительная деформация свай, буронабивных свай-столбов (свай-колонн), "каменных колонн" и других элементов фундаментов

Аналогичное второе или многократное повторное приложение нагрузки тоже будет приводить к предварительной деформации основного грунта и предварительной нагрузке системы "элемент фундамента - основной грунт". В случае относительно несжимаемых материалов, таких как сталь и бетон, в самом элементе не будет значительной неупругой деформации. Однако, внутри прилегающего основного грунта и нижележащего основного грунта такая предварительная нагрузка вызовет неупругую деформацию и предварительную деформацию, что приведет либо к уменьшению будущих деформаций при идентичных нагрузках, либо к допущению повышенных нагрузок, дающих такую же величину кратковременной деформации, как у первоначально возникшей.

Эти взаимосвязи предварительного напряжения и предварительной деформации, упоминавшиеся выше, были доказаны в процессе ряда специальных испытаний нагружением коротких свай из заполнителя с установкой устройств контроля ("доносчиков") для свай, буронабивных свай-столбов и других несжимаемых элементов фундаментов. "Доносчики" (см. №14 ниже) представляют собой стальные плиты и стержневые устройства, размещаемые в нижней части испытываемой сваи для определения величины отклонения, имеющего место под нижней частью сваи. Разность между величиной отклонения в нижней части сваи и величиной отклонения в верхней части сваи равна сжатию внутри сваи после нагрузки. В процессе циклически повторяемого испытания можно показать, что величина суммарного отклонения (отклонения, измеренного в верхней части короткой сваи из заполнителя) превышает величину деформации сжатия сваи, обуславливаемую сжатием самой сваи (равным величине отклонения, измеренного в верхней части сваи, за вычетом измеренной величины). Разность между суммарным отклонением, измеренным в процессе циклически повторяющегося испытания, и деформацией сжатия сваи представляет собой уменьшенное отклонение, которое должно было бы возникнуть, если бы короткая свая из заполнителя была несжимаемой, что, в сущности, характерно для бетона и стали (по сравнению с грунтом). Это показывает, что предварительная деформация и предварительная нагрузка других систем фундаментов приводят к возникновению меньшего вертикального отклонения при такой же кратковременной нагрузке в случае приложения второй нагрузки или что более значительная нагрузка в состоянии дать такую же величину отклонения в случае приложения второй нагрузки. Применение предварительной деформации может быть реализовано путем приложения давления за счет реакции силы тяжести или с помощью специального устройства, и оба эти варианта описаны выше. Эту нагрузку также можно прикладывать посредством динамической силы, например, при управляемом взрыве или падении грузов.

2. Способы сооружения с использованием химических добавок

Химические добавки можно вводить в короткие сваи из заполнителя либо путем смешения с заполнителем, либо путем размещения в виде слоя между слоями заполнителя, либо путем размещения в полости на периферии заполнителя. Эти химические добавки будут реагировать и соединяться и с заполнителем, и с прилегающими основными грунтами. Реакция химических добавок с грунтами, вообще говоря, ясна для большинства химических добавок, которые подлежат применению при этом способе, включая цемент, гашеную известь, негашеную известь и летучую золу (золу-унос). Например, негашеную известь можно добавлять в сваю из заполнителя для повышения прочности на сдвиг и характеристик сжимаемости прилегающих основных грунтов. Конечным результатом является повышение прочности на сдвиг и эффективности армирования системы коротких свай из заполнителя с химическими добавками.

3. Способы сооружения коротких свай из заполнителя с использованием сеточной арматуры или арматуры из геоткани

Геосетки, или синтетическую или металлическую сетку, или геоткань можно использовать, размещая поперечно между слоями заполнителя для увеличения жесткости короткой сваи из заполнителя или вертикально в пределах периметра короткой сваи из заполнителя, для уменьшения выпучивания сваи в очень мягких, сжимаемых основных грунтовых материалах. Применение геосеток, синтетической или металлической сетки, или геоткани внутри коротких свай из заполнителя проявится в действенном и эффективном сопротивлении растяжению, а также проявится в эффективном увеличении сопротивления поперечному сдвигу и в повышении жесткости свай. Геосетки были использованы в экспериментальном испытании на нагрузку модуля коротких свай из заполнителя. Результат показал ограничение выпучивания и поперечного смещения сваи, когда она была обернута геосеткой, размещенной вертикально вдоль периметра короткой сваи из заполнителя.

Б. Способы сооружения коротких свай из заполнителя, предназначенные для расширения осуществимости коротких свай из заполнителя

Еще один аспект настоящего изобретения относится к способам сооружения коротких свай из заполнителя, предназначенным для расширения осуществимости конструкций коротких свай из заполнителя. Эти способы включают в себя: 1) способы сооружения коротких свай из заполнителя с использованием выбираемых градаций заполнителя; 2) способы сооружения коротких свай из заполнителя, предназначенные для уменьшения трения; 3) способы сооружения коротких свай из заполнителя, предназначенные для борьбы с размыванием грунта; 4) безударные способы сооружения коротких свай из заполнителя; и 5) применение песка, грунта, а также материалов, дающих или не дающих усадку конуса, "бетона, уплотняемого катком" или иных местных материалов в конструкциях коротких свай из заполнителя. Эти способы, в которых применяются реализации коротких свай из заполнителя, распространяют осуществимость коротких свай из заполнителя на более широкий диапазон грунтовых сред, чем известные способы.

1. Способы сооружения с использованием выбираемых градаций заполнителя

Настоящее изобретение основано на открытии, сделанном автором изобретения и заключающемся в том, что сооружение короткой сваи из заполнителя максимизирует эффективность, поскольку элемент армирования грунта требует применения различных градаций заполнителя как при использовании ниже уровня воды, так и при сооружении нижней выпуклой части, которая является частью короткой сваи из заполнителя. При формировании "нижней выпуклой части" обычно используют "промытый" или "чистый" щебень, например, щебень максимального размера 25,4-38,1 мм (1-1,5 дюйма), в котором отсутствуют или ограничены до малых процентных долей фракции мелкозернистого песка, ила и глины. Если субгрунты являются очень мягкими, то использование промытого щебня размером 25,4-38,1 мм (1-1,5 дюйма), применявшегося в известных способах для создания нижней выпуклой части, приведет к получению выпуклой части, которая будет находиться слишком глубоко ввиду избыточной энергии трамбования по отношению к несущей способности очень мягких грунтов. В этой ситуации более крупный щебень, например, размером 76,2 или 101,6 мм (3 или 4 дюйма) с отклонением в минус заменяют щебнем диаметром 25,4-38,1 мм (1-1,5 дюйма). Результатом является более короткая выпуклая часть и подавление энергии трамбования более крупным щебнем. Еще одним способом, который можно применить, является смешение щебня двух или более градаций для получения более желательной градации щебня. Примером может быть щебень №57 (с максимальным размером 25,4-38,1 мм (1-1,5 дюйма)), смешанный со щебнем №68. Еще один способ заключается в наслоении щебня разных градаций друг на друга. Начинать реализацию такого способа можно с более крупного щебня, например, диаметром 76,2 или 101,6 (или 152,4) мм (3 или 4 (или 6) дюймов). Через один или несколько слоев этого щебня можно добавить промытый щебень диаметром 25,4-38,1 мм (1-1,5 дюйма). Через один или несколько слоев этого щебня можно добавить щебень основы дорожного покрытия.

2. Способы сооружения коротких свай из заполнителя, предназначенные для уменьшения бокового трения

Короткая свая из заполнителя обычно предназначена для создания как можно более сильного бокового трения с прилегающими основными грунтами, чтобы способствовать сопротивлению силам вертикального сжатия или силам вертикального сдвига. Однако, когда в грунтах высока возможность объемного изменения (такие грунты также известны как "пластичные" или "вспучивающиеся грунты"), активная верхняя зона этих грунтов, которая является зоной, изменяющей объем из-за изменения влагосодержания, проявляет тенденцию к выталкиванию или подъему сваи из заполнителя. Для части сваи, находящейся в этой зоне (а не для находящейся под ней нижней части сваи) предпочтительно нужно уменьшать боковое трение между короткой сваей из заполнителя и основным грунтом. В соответствии с настоящим изобретением это можно осуществить с использованием полимеров, получаемых в космосе ("полимеров космического века"), или бентонита (BENTONITE) или других смазочных материалов. Изобретение также предусматривает использование облицовочных материалов из картона, пластмассы или металла для уменьшения бокового трения в пределах активной зоны.

3. Способы сооружения коротких свай из заполнителя, предназначенные для борьбы с размыванием

Короткие сваи из заполнителя можно сооружать, удовлетворяя требования градации дрены из заполнителя. Их также можно сооружать таким образом, что часть короткой сваи из заполнителя, находящаяся в пределах размываемых грунтов, будет удовлетворять требованиям градации дрены из заполнителя, а другие части, которые соседствуют с зонами, которые не размываются, не должны удовлетворять таким требованиям крупности. Уникальным этот тип дрены из заполнителя делает то, что она представляет собой "дрену из заполнителя" в виде короткой сваи из заполнителя и поэтому удовлетворяет всем требованиям короткой сваи из заполнителя, т.е. сооружена внутри полости, сооружена из гранулированных материалов, размещенных в тонких слоях, и сооружена путем трамбования слоев для их уплотнения и для предварительной деформации и предварительного напряжения примыкающих и нижележащих грунтов.

Применение заданной градации для борьбы с размыванием является известным способом борьбы с размыванием. Однако, до настоящего времени никто не сооружал короткие сваи из заполнителя, создавая тонкие слои заполнителя, уплотняемого в каждом слое, и одновременно удовлетворяя требования к крупности дрены из заполнителя. Такие короткие сваи из заполнителя, играющие роль дрены из заполнителя, будут обладать преимуществом большей прочности их самих, большей прочности основного грунта и меньшей сжимаемости, чем обычные дрены из заполнителя, которые либо вообще не уплотнены, либо уплотнены лишь в толстых слоях (как правило, толщиной 1,83-3,05 м (6-10 футов) или более). Показано, что повышенное уплотнение дрены из заполнителя приводит к получению более эффективных дрен. Это будет обеспечено короткими сваями из заполнителя с градацией, соответствующей дрене из заполнителя.

4. Безударные способы сооружения коротких свай из заполнителя

В известных способах изготовления коротких свай из заполнителя применяются силы динамического удара, создаваемые ударным трамбующим воздействием. Когда либо под землей - и, в частности под землей, - либо на земле и в непосредственной близости от коротких свай из заполнителя находятся чувствительные сооружения или объекты, такие как подземные коллекторы, водопропускные трубы или трубопроводы, старые исторические здания и т.д., можно сооружать статические сваи без вибрационного трамбования или статические сваи с вибрационным трамбованием. Сооружаемые таким образом короткие сваи из заполнителя будут в общем случае не так эффективны при борьбе с осадкой или борьбе с силами выпора грунта или поперечными силами, как короткая свая из заполнителя, сооруженная безударным способом и имеющая такие же диаметр и длину ствола. Вместе с тем этот модифицированный способ будет обеспечивать защиту чувствительных конструкций в непосредственной близости от места сооружения коротких свай из заполнителя. Общая несущая способность такой системы может быть сделана сравнимой с системой коротких свай из заполнителя, сооруженных способами, предусматривающими ударное воздействие, даже если несущая способность в пересчете на квадратный фут плоской площади меньше. Этого можно достичь следующими путями: 1) увеличением количества свай, подпирающих одну и ту же конструкцию; 2) увеличением среднего диаметра каждой сваи; 3) уменьшением толщины слоев сваи; 4) использованием геоткани или сетки или 5) комбинацией этих методов.

Применение источника вибрации ограниченной амплитуды для прикладывающей статическую нагрузку трамбовки или для вала трамбовки в общем случае сделает короткую сваю из заполнителя более жесткой, чем она была бы при одной статической нагрузке, но не такой жесткой, какой она была бы при наличии динамических ударных сил и трамбующего воздействия. Слои можно формировать таким образом, что напряжения, которые являются результатом формирования этих слоев и которые могли бы вызвать повреждение соседних чувствительных конструкций, будут уменьшены по сравнению с напряжениями, получаемыми в результате динамических ударных нагрузок, чтобы не вызывать повреждение соседних чувствительных конструкций.

5. Применение песка, грунта, "бетона, уплотняемого катком" или иных местных материалов при сооружении коротких свай из заполнителя

Помимо щебневого заполнителя в качестве строительных материалов для коротких свай из заполнителя можно использовать песок, химически обработанные грунты или "бетон, уплотняемый катком". Песок или другие грунты можно брать из промышленных источников или они могут залегать на строительной площадке или в соседней зоне. "Бетон, уплотняемый катком", можно приготавливать на месте или привозить на строительную площадку со смесительной установки. При изготовлении короткой сваи из заполнителя по-прежнему выполняют основные этапы, на которых создают полость, уплотняют и предварительно деформируют и/или предварительно вносят механическое напряжение в грунты внизу полости, и сооружают ствол короткой опоры из заполнителя, размещая материалы тонкими слоями и уплотняя их. Разница заключается в том, что эти материалы не обязательно должны быть щебневыми заполнителями. Лабораторные и маломасштабные полевые эксперименты показали, что песок, химически обработанный песок и химически обработанные грунты (илы и глины), а также грунты с химическими включениями, примешанными внутри этих грунтов или расположенными послойно, можно эффективно использовать в качестве строительных материалов для коротких свай из заполнителя. Химическими веществами, которые чаще всего использовались в экспериментах и считаются наиболее практичными для производства коротких свай из заполнителя, являются цемент, гашеная известь, негашеная известь и летучая зола (зола-унос). "Бетон, уплотняемый катком", являющийся имеющим низкое влагосодержание бетоном, дающим или не дающим низкую осадку конуса, ведет себя аналогично грунту, и его можно размещать тонкими слоями, уплотняя их.

В. Способы сооружения коротких свай из заполнителя, предназначенные для уменьшения стоимости коротких свай из заполнителя

Еще один аспект настоящего изобретения относится к способам сооружения коротких свай из заполнителя, предназначенным для уменьшения стоимости коротких свай из заполнителя или улучшения их конструкции. Эти способы включают следующее: 1) способы сооружения коротких свай из заполнителя с использованием слоев переменного диаметра; 2) способы сооружения коротких свай из заполнителя с использованием утилизированных, взаимоблокирующихся бетонных заполнителей; 3) способы сооружения коротких свай из заполнителя с применением кожухов для защиты полости сваи; 4) способы сооружения коротких свай из заполнителя с применением датчиков нагрузки, динамометрических датчиков нагрузки или динамометрических датчиков давления внутри конструкции короткой сваи из заполнителя, рядом с этой конструкцией или под ней. Эти способы обеспечивают уменьшение стоимости или иное улучшение конструкции коротких свай из заполнителя.

1. Способы сооружения коротких свай из заполнителя с использованием слоев переменного диаметра

Известные короткие сваи из заполнителя изготавливали с получением малого диаметра или аналогичной формы прямоугольного поперечного сечения. За счет разработки и сооружения свай с двумя или более диаметрами либо двумя или более площадями прямоугольного поперечного сечения и расположения при этом большего диаметра (больших диаметров) или большей площади поперечного сечения выше будет достигнуто более эффективное использование щебня и энергии трамбования. Известно, что механические напряжения от строительной нагрузки рассеиваются или уменьшаются с глубиной внутри элементов коротких свай из заполнителя. Создавая короткие сваи из заполнителя с меньшими диаметрами (или меньшими площадями прямоугольного поперечного сечения) в нижних частях, можно получить преимущество меньшей величины напряжений и сэкономить время и затраты, связанные со следующим: (1) с материалами заполнителей; (2) с бурением; (3) с усилиями, которые необходимо потратить на трамбование.

2. Способы сооружения коротких свай из заполнителя с применением утилизированного или взаимоблокирующегося бетонного заполнителя

Практикуемой заменой промышленно поставляемого заполнителя при сооружении короткой сваи из заполнителя является применение утилизированного и повторно измельченного бетона. Преимущества этого заключаются в следующем: 1) стоимость утилизированного бетона обычно значительно ниже, чем у вновь изготовленного промышленно поставляемого заполнителя, здесь имеется в виду стоимость тонны материала; 2) кромки утилизированного бетона зачастую являются острыми, и они часто острее, чем соответствующие кромки промышленно поставляемого заполнителя; в частности, это имеет место, когда источником промышленно поставляемого заполнителя является гляциальный или аллювиальный щебень (щебень, перенесенный и отложенный ледниковым или аллювиальным потоком) с несколько закругленными поверхностями; более острые кромки приводят к большему фрикционному сдвигу и более эффективной взаимоблокировке между частицами; это, в свою очередь, приводит к более прочным коротким сваями из заполнителя; 3) еще одно признанное преимущество, обеспечиваемое настоящим изобретением, заключается в том, что химические вещества, содержащиеся в исходном бетоне, обычно включают портланд-цемент и известь, а также сохраняют частичную активность в течение многих лет после использования бетона. Эти химические вещества улучшают заполнитель как за счет формирования связующего вещества или создания цементирующего воздействия внутри самого заполнителя, так и за счет химического соединения с прилегающими грунтами.

3. Способы сооружения коротких свай из заполнителя с применением кожухов для защиты полости сваи

Можно использовать временные кожухи для поддержания полостей свай открытыми во время сооружения короткой сваи из заполнителя. Особым требованием, предъявляемым при использовании кожуха, является то, что кожух должен быть выполнен с возможностью вертикального подъема посредством коротких приращений высоты, по существу, равных толщине слоя размещаемого заполнителя. Это обеспечивает поперечное предварительное напряжение, предварительную деформацию и уплотнение грунта во время уплотнения каждого слоя. Эти поперечное предварительное напряжение и предварительная деформация были бы невозможны, если бы вкладыши из облицовочных материалов не поднимались во время уплотнения каждого слоя. Кроме того, поднятие вкладышей из облицовочных материалов предотвращает содержание в них уплотненных "пробок" заполнителя, которые возникают, если заполнитель уплотняют внутри временных кожухов. Кожух можно поднимать с помощью специального подъемного устройства, такого как кран, вилочный погрузчик, экскаватор или другая единица строительного оборудования.

4. Способы сооружения коротких свай из заполнителя с применением датчиков нагрузки или датчиков давления внутри конструкции сваи

В соответствии с настоящим изобретением можно размещать внутри коротких свай из заполнителя динамометрические датчики или датчики давления для определения уровней механических напряжений на разных глубинах погружения короткой сваи из заполнителя. Эти данные можно использовать для лучшего понимания того, как работают короткие сваи из заполнителя, и надлежащего проектирования несущих способностей свай. Кроме того, можно устанавливать датчики давления внутри частей коротких свай из заполнителя. Эти датчики давления можно активизировать, вызывая продвижения этих датчиков за счет давления и выталкивание их вверх и вниз на частях коротких свай из заполнителя. Это повлечет перемещение или деформацию коротких свай из заполнителя. Измерение этих перемещений обеспечивает информацию, касающуюся жесткости сваи и несущей способности сваи, и эту информацию можно использовать при проектировании сваи. Внутри коротких свай из заполнителя можно подвешивать на растяжках контрольные устройства ("доносчики"), состоящие из нижнего элемента,