PL202253B1

PL202253B1 - Method of increasing bearing capacity of deep foundations

Info

Publication number: PL202253B1
Application number: PL350999A
Authority: PL
Inventors: Zdzisław Szeląg; Czesław Szymankiewicz
Original assignee: Inst Badawczy Drog I Mostow
Priority date: 2001-12-01
Filing date: 2001-12-01
Publication date: 2009-06-30
Also published as: PL350999A1

Abstract

1. Sposób zwiększenia nośności fundamentów głębokich poprzez poszerzenie podstawy w wyniku wprowadzenia pod podstawę materiału wiążącego przez otwór wykonany w fundamencie, znamienny tym, że bezpośrednio pod podstawą fundamentu (2) formuje się strefę zeskalonego gruntu (3) powiązanego z fundamentem (1), o wymiarach większych niż podstawa fundamentu, przez wstrzykiwanie pod ciśnieniem strumienia materiału wiążącego (6) w otwór (40, wykonany pod podstawą fundamentu (2).1. A method of increasing the load-bearing capacity of deep foundations by widening the base as a result of introducing a binding material under the base through an opening made in the foundation, characterized in that a zone of consolidated soil (3) connected with the foundation (1) is formed directly under the foundation base (2), with dimensions larger than the foundation base, by injecting a jet of binding material (6) under pressure into an opening (40) made under the foundation base (2).

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób zwiększania nośności fundamentów głębokich, zwłaszcza w postaci pala, posadowionych w dowolnych gruntach, polegający na wprowadzeniu materiału wiążącego pod podstawę tego fundamentu.The subject of the invention is a method of increasing the load-bearing capacity of deep foundations, especially in the form of a pile, erected in any soils, consisting in introducing a binding material under the base of this foundation.

Znane są różne sposoby zwiększania nośności pali fundamentowych poprzez wzmocnienie gruntu pod podstawą pala. Jeden ze sposobów, znany z polskiego opisu patentowego 162 017, polega na tym, że po zagłębieniu w podłoże rury osłonowej i usunięciu z niej gruntu wykonuje się w rurze korek betonowy, a po jego stwardnieniu wbija się rurę z korkiem w podłoże a następnie betonuje się pal. Inny sposób, znany z polskiego opisu patentowego nr 172 055, polega na tym, że na dnie wykopu, wykonanego pod fundamentem palowym, układa się elastyczną przeponę separacyjną, a następnie w dowolnym, dogodnym czasie po zabetonowaniu fundamentu tłoczy się pod tę przeponę iniekt przez rurki umieszczone razem ze zbrojeniem w czasie formowania pala. W efekcie osiąga się redukcję osiadania, a tym samym zwiększa się nośność podstawy. Innym znanym sposobem wzmocnienia pala jest poszerzenie jego podstawy przez zastosowanie specjalnych narzędzi lub ręcznie. Takie poszerzenie jest możliwe do wykonania tylko w gruntach spoistych, gdy nie zachodzi niebezpieczeństwo osuwania się gruntu. Inny znany sposób zwiększania nośności pali, opisany w polskim zgłoszeniu patentowym nr P.332911, polega na zainiektowaniu w sposób tradycyjny gruntu pod podstawami wiązki pali. Zgodnie z tym sposobem w podłożu wykonuje się rozstawione symetrycznie, co najmniej trzy mikropale lub pale na głębokość do warstwy nośnej piasków grubych i żwiru. Każdy z pali lub mikropali ma osiowy otwór, przez który prowadzi się iniekcję środka twardniejącego do wymienionej warstwy nośnej. Iniekcję prowadzi się pod ciśnieniem 1 do 15 Mpa. Sposób ten jest przydatny jedynie w gruntach niespoistych oraz mał ospoistych i ogranicza się do zastosowania tradycyjnej iniekcji o ciśnieniu do 15 Mpa.Various methods are known for increasing the bearing capacity of foundation piles by strengthening the soil under the pile base. One of the methods, known from the Polish patent specification 162 017, consists in the fact that after sinking the casing pipe into the ground and removing the soil from it, a concrete plug is made in the pipe, and after it hardens, the pipe with the plug is hammered into the ground and then concreted. pile. Another method, known from the Polish patent description No. 172 055, consists in placing a flexible separating diaphragm on the bottom of the excavation under the pile foundation, and then at any convenient time after concreting the foundation, the injection is pressed under the diaphragm through the pipes. placed with the reinforcement during pile formation. As a result, a reduction in settlement is achieved and thus the bearing capacity of the base is increased. Another well-known way to strengthen a pile is to broaden its base by using special tools or by hand. Such a widening is possible only in cohesive soils, as there is no risk of soil subsidence. Another known method of increasing the load capacity of piles, described in the Polish patent application No. P.332911, consists in injecting the soil under the base of a pile of piles in a traditional way. According to this method, at least three symmetrically spaced micropiles or piles are placed in the substrate to a depth to the bearing layer of coarse sands and gravel. Each of the piles or micropiles has an axial opening through which injection of the hardening agent into said support layer is carried out. Injection is carried out at a pressure of 1 to 15 Mpa. This method is only suitable for non-cohesive and low-sluggish soils and is limited to the use of traditional injection pressures up to 15 Mpa.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu poszerzenia podstawy fundamentu głębokiego o dowolnym kszta ł cie i wymiarach poprzez zeskalenie gruntu pod, a takż e poza podstawą fundamentu w dowolnych warunkach gruntowych.The aim of the invention is to develop a method of widening the base of a deep foundation of any shape and dimensions by scaling the soil under and outside the foundation base in any ground conditions.

Istota wynalazku polega na tym, że przez przelotowy otwór wykonany w fundamencie wprowadza się żerdź wiertniczą wyposażoną w narzędzie wiercące i końcówkę iniekcyjną, z co najmniej jedną dyszą, a następnie nawierca się w podłożu pod podstawą fundamentu do zamierzonej głębokości otwór i wykonuje się zeskalenie podłoża przez wprowadzenie pod ciśnieniem strumienia materiału wiążącego przez obracającą się co najmniej jedną dyszę, w trakcie wyciągania urządzenia.The essence of the invention consists in the fact that a drill rod equipped with a drilling tool and an injection tip with at least one nozzle is inserted through the through hole made in the foundation, and then the hole is drilled in the substrate under the foundation base to the intended depth and the soil is sculpted by introducing a stream of binding material under pressure through the rotating at least one nozzle as the device is withdrawn.

W wyniku wprowadzania pod fundament strumienia materiału wiążącego przez dyszę w trakcie jej podnoszenia, z jednoczesnym obrotem, następuje cięcie i niszczenie struktury gruntu i uzyskuje się obszar gruntu wymieszanego z materiałem wiążącym o średnicy większej niż grubość fundamentu, zależnie od potrzeb. Po związaniu zeskalony grunt stanowi doskonałe oparcie dla fundamentu pełniąc rolę poszerzonej podstawy tego fundamentu.As a result of introducing a stream of binding material under the foundation through the nozzle during its lifting, with simultaneous rotation, the soil structure is cut and destroyed, and the resulting area of soil mixed with the binding material with a diameter greater than the thickness of the foundation is obtained, depending on the needs. After setting, the scaly soil provides an excellent support for the foundation, acting as a broadened foundation for this foundation.

Rozwiązanie według wynalazku umożliwia zeskalenie gruntu pod podstawą fundamentu, niezależnie od warunków gruntowych. W przypadku stosowania sposobu do wzmacniania fundamentów w kształ cie pala obszar zeskalenia może mieć średnicę znacznie wię kszą od średnicy pala i głębokość zależną od potrzeb. Pal z tak poszerzoną poprzez zeskalenie podstawą uzyskuje znacznie większe nośności; dotyczy to zwłaszcza pali wierconych. Zaletą wynalazku jest to, że może być stosowany w dowolnym okresie po wykonaniu fundamentu, również wtedy, gdy nie była przewidywana potrzeba zwiększania jego nośności, ponieważ stosowanie rozwiązania nie wymaga wprowadzania urządzeń i specjalnych zabiegów technologicznych w czasie formowania fundamentu. W takich przypadkach konieczne jest wykonanie w fundamencie przelotowego otworu pomię dzy górną powierzchnią a podstawą.The solution according to the invention enables the soil to be compacted under the foundation base, regardless of the ground conditions. When the method is used to reinforce pile-shaped foundations, the area of scaling can have a diameter much larger than that of the pile and the depth depends on the needs. A pile with a base widened by scaling obtains much greater load capacity; this is especially true of bored piles. The advantage of the invention is that it can be used in any period after the foundation is constructed, also when the need to increase its load capacity was not anticipated, because the application of the solution does not require the introduction of equipment and special technological operations during the foundation formation. In such cases, it is necessary to make a through hole in the foundation between the top surface and the base.

Przedmiot wynalazku jest bliżej wyjaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój pionowy fundamentu, fig. 2 - rzut z góry fundamentu palowego, fig. 3 - wykonanie poszerzenia podstawy pala za pomocą strumieniowej iniekcji wysokociśnieniowej, fig. 4 - rzut z góry fundamentów szczelinowych.The subject of the invention is explained in more detail in the embodiment in the drawing, in which fig. 1 shows a vertical section of the foundation, fig. 2 - top view of the pile foundation, fig. 3 - execution of the pile base widening by means of high-pressure jet injection, fig. 4 - view from the top of the slotted foundations.

Na rysunku uwidoczniona jest zeskalona sposobem według wynalazku strefa gruntu pod podstawą pala, pełniąca rolę poszerzonej podstawy, oznaczona numerem 3.The figure shows the scaled-down, method according to the invention, of the ground zone under the pile base, serving as an extended base, marked with the number 3.

Jak pokazano na fig. 1 w fundamencie 1, najkorzystniej w jego osi, znajduje się otwór 4, przez który możliwe jest wykonanie zeskalenia gruntu 3, bezpośrednio pod podstawą pala 2. Otwór 4 może być wykonany w dowolnym momencie, ale najkorzystniej w czasie betonowania fundamentu. Aby toAs shown in Fig. 1, in the foundation 1, most preferably in its axis, there is an opening 4 through which it is possible to make a soil receding 3 directly under the base of the pile 2. The opening 4 can be made at any time, but most preferably while concreting the foundation. . To make it

PL 202 253 B1 uzyskać, jak pokazano na fig. 3, opuszcza się w wywiercony w gruncie otwór fundamentu zbrojenie 8 z przymocowaną do niego rurką 9. Rurka 9 po zabetonowaniu pozostawia w fundamencie 1 otwór 4. W niektórych przypadkach, na przykład w palach formowanych świdrem ciągłym, zbrojenie 8 wraz z rurką 9 wkładane jest w świeżą mieszankę betonową. Po uformowaniu fundamentu 1 w dowolnym momencie wprowadza się w otwór 4 żerdź 10, wyposażoną w dolnej części w narzędzie wiercące i końcówkę iniekcyjną 5, z co najmniej jedną dyszą, a następnie wykonuje się pod podstawą fundamentu otwór 4 na wymaganą głębokość. W trakcie wyciągania z wykonanego otworu 4' końcówki iniekcyjnej 5 wtłacza się pod ciśnieniem materiał wiążący 6, korzystnie zaczyn cementowy, przez co najmniej jedną dyszę. Strumień zaczynu 6 wylatuje przez dyszę z dużą prędkością powodując cięcie gruntu i jego wymieszanie z zaczynem 6. Końcówka iniekcyjną 5 jest obracane wokół własnej osi i unoszona ku górze w ściśle określonym czasie, zależnym od warunków gruntowych oraz średnicy strefy zeskalenia, jaką należy uzyskać. W niektórych przypadkach korzystne jest uszczelnienie przestrzeni pomiędzy końcówką iniekcyjną 5 a rurką 9, dzięki czemu zaczyn cementowy 6 wymieszany z gruntem nie wypływa na powierzchnię. Zmniejsza to w sposób istotny zużycie zaczynu cementowego i jednocześnie powoduje zwiększenie ciśnienia mieszaniny gruntu i zaczynu cementowego w strefie pod podstawą fundamentu, co powoduje zwiększenie naprężenia podłoża pod podstawą, a tym samym dodatkowo zwiększenie jej nośności. Po związaniu materiału wiążącego powstaje strefa zeskalonego gruntu 3, pełniąca rolę poszerzonej podstawy, powiązana z fundamentem. Fundament wykonany jest jedną ze znanych metod. W przypadku pali o dużej średnicy może być w nich formowana dowolna liczba otworów jak to pokazano na fig. 2b). Wtedy możliwe jest wykonanie strefy zeskalonego gruntu o wymiarach w planie znacznie przekraczających średnicę pala pomimo tego, że zasięg iniekcji od osi otworu jest mniejszy od średnicy pala. W przypadku zwiększania nośności fundamentów szczelinowych, na przykład o kształcie pokazanym na fig. 4, liczbę i usytuowanie otworów do wprowadzenia końcówki iniekcyjnej 5 ustala się z uwzględnieniem kształtu tego fundamentu i wymaganych warunków posadowienia.In order to obtain, as shown in Fig. 3, the reinforcement 8 with the pipe 9 attached to it is lowered into the hole drilled in the ground. After concreting, the pipe 9 leaves a hole 4 in the foundation. with a continuous auger, the reinforcement 8 with the pipe 9 is inserted into the fresh concrete mix. After the foundation 1 has been formed, at any time a rod 10 is introduced into the hole 4, equipped in its lower part with a drilling tool and an injection tip 5, with at least one nozzle, and then a hole 4 is made under the foundation base to the required depth. As the injection nozzle 5 is pulled out of the opening 4 'created, the binder 6, preferably the cement paste, is pressed under pressure through at least one nozzle. The stream of grout 6 exits through the nozzle at high speed, cutting the soil and mixing it with the grout 6. The injection tip 5 is rotated around its axis and lifted upwards in a strictly defined time, depending on the soil conditions and the diameter of the scaling zone to be obtained. In some cases, it is advantageous to seal the space between the injection nozzle 5 and the tube 9, so that the cement grout 6 mixed with the soil does not flow to the surface. This significantly reduces the consumption of the cement slurry and at the same time increases the pressure of the mixture of soil and cement slurry in the zone under the foundation base, which increases the stress of the base under the base, and thus additionally increases its load capacity. After the binding material is bonded, a rocky soil zone 3 is created, acting as an extended base, connected to the foundation. The foundation is made by one of the known methods. In the case of large diameter piles any number of holes may be formed therein as shown in Fig. 2b). Then it is possible to create a zone of scaled soil with dimensions in plan significantly exceeding the pile diameter, despite the fact that the injection range from the hole axis is smaller than the pile diameter. In the case of increasing the load-bearing capacity of the slotted foundations, for example in the shape shown in Fig. 4, the number and location of the holes for inserting the injection nozzle 5 are determined taking into account the shape of the foundation and the required foundation conditions.

Wykonanie poszerzenia podstawy poprzez zeskalenie gruntu 3 pod podstawą fundamentu 2 sposobem według wynalazku umożliwia uzyskanie dużych nośności podstawy fundamentu i ograniczenie jego osiadania, zapewniając lepsze wykorzystanie materiału fundamentu.Performing the widening of the base by scaling the soil 3 under the base of the foundation 2 with the method according to the invention allows to obtain high bearing capacity of the foundation base and limit its settlement, ensuring better use of the foundation material.

Wynalazek znajduje zastosowanie zwłaszcza tam, gdzie występują duże obciążenia jednostkowe gruntu, pochodzące od ciężkich obiektów np. mostów, urządzeń energetycznych itp. Innym zastosowaniem jest posadowienie obiektów w słabych, małonośnych podłożach, gdzie zastosowanie wynalazku umożliwia przeniesienie obciążeń przez podstawę fundamentów. W tych przypadkach nie jest możliwe na przykład zastosowanie pali wykonanych znanymi sposobami, gdyż wymagałoby to użycia dużej ich liczby o małych rozstawach osiowych. W takiej sytuacji nośność pobocznicy pali ulega znacznej redukcji obniżając ich całkowitą nośność. Wydłużenie pali również nie daje zamierzonego efektu, z podanych wyżej powodów tj. zmniejszenia efektywnej nośności pobocznicy, a ponadto w sposób bezpośredni wpływa na wydłużenie czasu wykonania, a zatem powoduje zwiększenie kosztów posadowienia.The invention is used especially where there are high unit loads of soil, originating from heavy structures, e.g. bridges, energy devices, etc. Another application is the foundation of objects in weak, low-bearing surfaces, where the application of the invention allows the loads to be transferred through the foundation base. In these cases, it is not possible, for example, to use piles made by known methods, as this would require the use of a large number of them with small axial distances. In such a situation, the bearing capacity of the piles is significantly reduced, reducing their total bearing capacity. Lengthening the piles also does not have the intended effect, for the above reasons, i.e. reducing the effective bearing capacity of the side surface, and moreover, it directly extends the execution time, and therefore increases the cost of foundation.

Claims

1. The method of increasing the load-bearing capacity of deep foundations by widening the base as a result of introducing a binding material under the base through a hole made in the foundation, characterized in that directly under the foundation base (2), a zone of scattered soil (3) associated with the foundation (1) is formed, larger than the foundation base by injecting a stream of binding material (6) under pressure into the hole (41) made under the foundation base (2).

2. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that the binding material (6) is injected under the base of the foundation (2) while pulling out and simultaneously rotating the injection nozzle (5) provided with at least one injection nozzle.

3. The method according to p. A method as claimed in claim 1, characterized in that the hole or holes (4) are formed in the foundation (1) through from the upper surface to the base (2) of the foundation (1).

4. The method according to p. 3. The method according to claim 3, characterized in that the opening or holes (4) are made during the formation of the foundation (1).

PL 202 253 B1

5. The method according to p. 3. A method according to claim 3, characterized in that the opening or openings (4) are made after the foundation (1) is concreted.

6. The method according to p. A method according to claim 2, characterized in that the space between the rod (10) connected to the injection nozzle (5) and the wall of the opening (4) in the foundation (1) is circumferentially sealed, preferably with an annular gasket (7).