RU2371547C1 - Method for strengthening of slopes and slot maker for its realisation - Google Patents

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: method for strengthening of slopes includes foundation pit excavation and horizontal reinforcement of ground as foundation pit is excavated through landslip border. Ground reinforcement is done in layers by means of impression of flat slot makers into wall of natural ground with armature and further discharge injection of hardening solution. Slot maker is also described.

EFFECT: expansion of application field with improved reliability of foundation pit walls reinforcement and bearing capacity of its upper platform.

5 cl, 3 dwg

Description

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.The invention relates to construction and can be used to strengthen slopes, embankments and excavations, as well as in the production of deep pits, including vertical walls in unstable loose and weak soils, as well as in the excavation of pits in cramped conditions.

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.A known method of strengthening the embankment according to the patent of the Russian Federation No. 2138596 (IPC E02D 17/18, publ. 09/27/1999). The embankment includes reinforced soil poured in layers layered with horizontal layers with compaction. As reinforcement in the lower and upper parts of the embankment, a flexible material in the form of a continuous coating, working in tension, for example, geotextiles or geogrids, is used, and in the middle part, discrete, rigid structural elements resisting shear forces, for example, reinforced concrete beams, are used. These elements are made in the form of rigid rods and embedded in at least 2/3 of their length in the stable core of the embankment.

Данный способ обеспечивает полное использование прочностных свойств армирующих элементов.This method provides the full use of the strength properties of the reinforcing elements.

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.The disadvantage of the method according to patent No. 2138596 is the limited scope, since it can only be used to strengthen the slopes in the process of creating artificial embankments. Strengthening the walls of pits or an already constructed embankment in this way is impossible.

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.There is also known a method of strengthening landslide slopes (RF patent No. 2191865, IPC E02D 17/20, publ. 10/27/2002), including immersion in the soil through the landslide boundary of steel electrodes with the formation of electrochemical piles around them. In the known method, a stable soil is pierced with a pipe, the landslide boundary and a landslide soil layer, at least one cable and a steel electrode are placed in the pipe, the ends of the cable and electrode external from the landslide side are fixed, the pipe is pulled out of the soil, electric current is passed until the formation of electrochemical piles around the cable.

Недостатком данного способа является сложная и дорогостоящая технология армирования грунта, а также ненадежность, полученная в результате сцепления электрохимической сваи с грунтом.The disadvantage of this method is the complex and expensive technology of reinforcing the soil, as well as the unreliability resulting from the adhesion of an electrochemical pile with the ground.

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).A progressive method of fastening vertical and steeply falling ground walls of pits up to 12-15 m deep is to use the soil itself, reinforced by a system of reinforcing bars - pins (Guidelines for the integrated development of the underground space of large cities. - Approved on November 30, 2004 by the Academic Council of the Russian Academy of Architecture and construction work, paragraph 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.The essence of this method is that in order to ensure the stability of steep slopes or vertical walls of pits, the rods (pins) are hammered, pressed or mounted on a cement-sand mortar into the finished well. As a result, a massive retaining (soil-reinforcing) wall of large mass is formed. Reinforcement reinforcement is based on the development between the rods and the ground when loading the friction forces, adhesion. This method allows to increase the stability of the sides of pits, slopes, embankments, to prevent the creep of the collapse prism along a potentially dangerous sliding surface due to the number of rods. In this case, the rods are hammered to a depth that has passed through a potential prism of collapse, a strip of localized deformations and are buried in a stable area of the base.

Метод нагельного армирования является наиболее близким к предлагаемому и принят в качестве прототипа.The method of plug reinforcement is the closest to the proposed and adopted as a prototype.

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.The disadvantage of the nylon reinforcement is the insufficient contact surface area of each rod separately, hence the small efforts to pull it out of the ground. This drawback is usually compensated by the number of rods, which leads to a rise in price. However, a more significant disadvantage is the unsuitability of the method of in-line reinforcement for sand pounds. In this case, the most reliable would be the flat surface of the reinforcing pad, and not the core.

Техническая задача, решаемая в предлагаемом изобретении, заключается в расширении области применения при повышении надежности крепления стен котлована и несущей способности его верхней площадки.The technical problem solved in the present invention is to expand the scope while increasing the reliability of fastening the walls of the pit and the bearing capacity of its upper platform.

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.The problem is solved in that in a method of strengthening slopes, including horizontal soil reinforcement through the boundary of a landslide, soil reinforcement is carried out in layers by pressing flat slotting agents with reinforcement into the wall of natural soil and subsequent pressure injection of the hardening solution.

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.The construction of pits in an extremely dense urban area has its own characteristics. First of all, this concerns the impossibility of constructing foundation pit fences with the help of driving piles or metal sheet pile due to the negative impact on the foundations and walls of closely located buildings. Crushing by a static load provides the ability to control and promptly correct the resulting distortions, and most importantly, to preserve the integrity of the soil skeleton, which is inevitable under dynamic loads, especially the soil layer in contact with the body. Note that the priority in the proposed method is the use of machines in which great traction forces develop, for example, machines that have recently appeared for the static crushing of not only piles, but also other structures into untouched soil.

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.When squeezers with reinforcing mesh are crushed into untouched soil, additional soil compaction occurs, and subsequent pressure injection ensures its further compaction and good contact with the soil. This sequence of operations makes it possible to strengthen the slopes of both existing embankments and pits, and in the process of constructing new ones. This increases the reliability of fastening the walls of the pit and the bearing capacity of its upper platform.

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.To increase the contact reinforcing area when strengthening vertical walls of large height, it is necessary to install sheet piles along the perimeter of the future foundation pit, which are buried below the bottom of the projected foundation pit, and push in the pound of slotting agents horizontally at an angle to the surface of the side of the foundation pit, placing them one above the other in the gap and diverging to the loss of contact with full penetration.

Для армирования грунта авторами разработано специальное оборудование - щелеобразователь.For soil reinforcement, the authors have developed special equipment - a slotting machine.

Наиболее близкий аналог, соответствующий родовому понятию щелеобразователя, не выявлен.The closest analogue corresponding to the generic concept of a slit former has not been identified.

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.The technical problem to be solved in the proposed slot machine, as well as in the method for the implementation of which it is intended, is to increase the reliability of the reinforcement of the pound while expanding the scope.

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.The problem is solved as follows. A device for implementing the method of reinforcing slopes (slotting machine) includes a housing with a lost tip located on the outer surface of the housing, a locking element fixed at the wellhead, an emphasis for creating pressing forces of the slotting agent, fixed on the housing in a predetermined position, and a reinforcing mesh placed inside the housing .

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.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a diagram of the strengthening of a vertical wall of great height; figure 2 is a diagram of the strengthening of slopes in the production of pits; figure 3 is a schematic diagram of the device of the gap generator.

Предлагаемый способ реализуется, а щелеобразователь работает следующим образом.The proposed method is implemented, and the slit former operates as follows.

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 контуруWhen creating a pit with vertical walls in the collapsed soil, before starting work related to reinforcing, it is necessary to install sheet piles 1 along the perimeter of the future pit, buried below the bottom of the projected pit, and then layer-by-layer excavation of soil from the pit and strengthening its walls through the formation of reinforcing elements 2. Then trench excavation of a given area to a depth of 1-2 meters. Along the perimeter of the pit, slit formers are successively crushed into its walls in a horizontal direction at an angle greater than the depth of the potential collapse prism, inclined to the surface of the pit side. The locking element 3 and the stop 4 are fixed at the mouth of the obtained well. Then, a hardening solution is supplied into the internal cavity under pressure. Under the action of pressure, the lost tip 5 with the reinforcing mesh 6 fixed on it is separated from the body 7 of the slot former. The housing 7 of the slotting machine as the well is filled with a hardening solution is moved to the free surface of the side of the pit, fixing the locking element 3 at the wellhead (as a packer). After filling the well with a hardening solution, the slotting machine is crushed into the adjacent inter-pile space at the same angle of inclination to the surface of the pit side. The operation is repeated along the entire contour of the pit. After the solution has solidified, reinforcing elements of a different direction along the entire contour are likewise made.

После завершения работ производят экскавацию грунта следующего слоя высотой 1-2 метра и аналогично укрепляют его.After completion of work, excavation of the soil of the next layer is 1-2 meters high and similarly strengthen it.

Операцию укрепления повторяют последовательно и оканчивают, когда будет достигнута заданная глубина котлована.The strengthening operation is repeated sequentially and is completed when the predetermined pit depth is reached.

В случае укрепления откосов шпунтовые сваи 1 не применяются, а армирующие элементы 2 укладывают в ряд без наклона к поверхности борта котлована (фиг.2).In the case of strengthening the slopes, sheet piles 1 are not used, and the reinforcing elements 2 are laid in a row without tilting to the surface of the pit side (Fig. 2).

Claims (5)

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.1. A method of strengthening slopes, including the development of a pit and horizontal reinforcement of the soil as the excavation develops through the boundary of the landslide, characterized in that the soil is reinforced in layers by pressing flat slotting agents with reinforcement into the wall of the natural soil and then injecting the hardening mortar. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед началом разработки по периметру будущего котлована заглубляют шпунтовые сваи ниже дна будущего котлована.2. The method according to claim 1, characterized in that before the start of development along the perimeter of the future foundation pit, sheet piles are deepened below the bottom of the future foundation pit. 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.3. The method according to claim 2, characterized in that the slotting agents are pressed into the soil horizontally at an angle to the surface of the side of the pit, placing them in the inter-pile space one above the other and diverging by the amount of contact with full penetration. 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.4. The method according to claim 3, characterized in that the reinforcing is carried out by filling with a hardening solution, first, slotting agents in one direction, and after complete solidification of the solution, in another direction. 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. 5. A slot former, including a housing with a lost tip, a locking element and a stop fixed on the outer surface of the housing fixed in a predetermined position, and a reinforcing mesh placed inside the housing.

Images