БУРОНАБИВНАЯ СВАЯ

Полезная модель относится к строительству, а именно к устройству свайных фундаментов.
Известна бурозабивная свая, включающая пробуренную в грунте скважину, забивную железобетонную сваю и буровую бетонную (железобетонную) сваю, в которой нижний конец буровой сваи охватывает по внешнему контуру верхний конец забивной сваи, образуя зону перехлеста /1/.
Данное техническое решение, наиболее близкое по своей технической сущности, предполагает следующий порядок производства работ: бурение скважины для буровой сваи диаметром большим поперечного сечения забивной сваи, погружение через нее с помощью переходника забивной сваи и затем бетонирование буровой сваи.
Данное техническое решение, объединяющее буровую и забивную сваи, имеет следующие недостатки.
Необходимость погружения забивной части сваи с помощью инвентарного удлинителя-переходника, что создает дополнительные трудности при погружении. Разуплотнение и обсыпка грунта в стенках скважины при погружении забивной части сваи или необходимость дополнительной защиты скважины обсадной трубой или бентонитовым раствором. Несущая способность такой бурозабивной сваи, в лучшем случае, равна суммарной несущей способности ее частей.
Известна свая, в которой в скважину, заполненную бетоном, диаметром не более стороны или диаметра готового жесткого элемента погружают готовый жесткий элемент в виде ж.б. сваи или стальной трубы с закрытым нижним концом. Погружение жесткого элемента раздвигает бетон и стенки скважины, увеличивает поперечное сечение сваи и уплотняет грунт вокруг нее, что обеспечивает повышение несущей способности сваи по грунту и по материалу /2/.
Данное техническое решение, принятое за аналог, имеет следующие недостатки:
- ограниченность диаметра бетонного или цементогрунтового ствола размерами жесткого элемента. При увеличении диаметра ствола относительно жесткого элемента будет снижаться эффект уплотнения за счет выхода значительной части раствора из скважины, а при увеличении поперечного сечения жесткого элемента его погружение будет затруднительным или невозможным.
- неизменный диаметр бетонного или цементогрунтового ствола, что не позволяет учесть переменные характеристики грунта по его длине;
Таким образом, известные технические решения оптимальны для свай относительно небольшого диаметра и относительно небольшой несущей способности.
Технической задачей полезной модели является повышение несущей способности буронабивной сваи по боковой поверхности и по пяте в широком диапазоне соотношений поперечных размеров ствола и жесткого элемента или нескольких элементов.
Техническая задача решается следующим образом.
Буронабивная свая, включающая скважину в грунте, ствол из твердеющего раствора и жесткий элемент, погруженный по длине ствола в твердеющий раствор с возможностью уплотнения стенок ствола и окружающего его грунта, согласно полезной модели, скважина выполнена диаметром большим поперечного сечения жесткого элемента и снабжена арматурным каркасом с погруженным внутри него в твердеющий раствор до набора им прочности не более 1-2 кгс/см2 жестким элементом с образованием уплотненных слоев из твердеющего раствора ствола и стенок грунта скважины, а площадь скважины не более чем в 5 раз превышает площадь жесткого элемента.
При этом скважина по длине сваи может быть выполнена с переменным поперечным сечением, в стенках которой по высоте образованы уступы, при этом диаметры всех частей скважины от верха постепенно уменьшаются.
Жесткий элемент по длине также может быть выполнен с переменным поперечным сечением, а также выполнен составным, из двух и более элементов. Причем, в твердеющий раствор ствола сваи до начала твердения погружен пространственный арматурный каркас, размер которого превышает максимальный поперечный размер жесткого элемента, а длина принята не менее его 4х диаметров.
При этом жесткий элемент, может быть расположен по центральной оси сваи, а ствол сваи снабжен дополнительными жесткими элементами, расположенными по периметру ствола внутри арматурного каркаса.
Ствол сваи также может быть снабжен жесткими элементами, размещенными вплотную друг к другу симметрично относительно центральной оси сваи. При этом, жесткие элементы, погруженные в твердеющий раствор ствола сваи, могут иметь разную длину и площадь поперечного сечения.
Во всех случаях ствол сваи выполняется из цементогрунтовой, цементопесчаной или бетонной смеси.
Различные отличительные мероприятия позволяют положительно влиять на несущую способность сваи.
Так, например, скважина для ствола может быть в верхней части большего диаметра, в средней части меньшего диаметра и в нижней части наименьшего диаметра, что позволяет не только расположить части ствола в соответствии с характеристиками грунта, но и создать дополнительные площадки ствола в местах перехода, работающие как дополнительные пяты сваи. Погружение жесткого элемента обеспечивает дополнительное уплотнение грунта по всей длине сваи, что особенно важно для пяты, которая плохо включаются в работу без дополнительных мероприятий (цементация, трамбование и т.д.)
Жесткий элемент также может быть выполнен переменного поперечного сечения. Так, например, в качестве жесткого элемента могут быть использованы железобетонные составные элементы, например, сваи, с верхним звеном, поперечное сечение которого больше нижнего, или использованы стальные трубы разного диаметра и т.д.
Погружение жесткого элемента осуществляется в твердеющий раствор ствола, при незначительной начальной прочности до 1-2 кгс/см2, что способствует лучшему уплотнению грунта и предупреждает перелив твердеющего раствора.
Для свай большого диаметра используют несколько жестких элементов, когда один располагают по центру, а другие ближе к периметру ствола или все по центру вплотную друг к другу. В этом случае раздельное погружение жестких элементов позволяет не только дополнительно усилить сваю, но и выполнить погружение более легким оборудованием. При этом жесткие элементы могут иметь разное поперечное сечение и разную длину. Например, центральный жесткий элемент может иметь максимальные длину и сечение, а дополнительные элементы меньшую длину и сечение.
Для обеспечения погружения жестких элементов строго в пределах ствола необходима установка арматурного каркаса, внутри которого располагаются элементы. Длина каркаса должна быть не менее 4-х его диаметров.
Технический результат - повышение несущей способности буронабивной сваи в результате повышения интенсивности уплотнения стенок ствола и грунта стенок скважины за счет использования переменного сечения скважины по глубине с организацией уступов с использованием жестких элементов переменного сечения и длины для изменения параметров уплотнения стенок скважины и ствола сваи.
На фиг. 1 представлена буронабивная свая; фиг. 2 - 1-1 фиг. 1; фиг. 3, 5, 7, 9 - то же, что и на фиг. 1 (варианты выполнения); фиг. 4, 6, 8, 10 - 2-2, 3-3, 4-4 и 5-5 фиг. 3. 5, 7, 9 соответственно.
На фиг. 3-4 представлена буронабивная свая с переменным поперечным сечением скважины и постоянным сечением сердечника. На фиг. 5-6 представлена буронабивная свая с постоянным поперечным сечением скважины и переменным сечением сердечника. На фиг. 7-8 представлена буронабивная свая со скважиной переменного сечения с несколькими сердечниками разной длины, один из которых расположен по центру, а остальные по периметру арматурного каркаса. На фиг. 9-10 представлена буронабивная свая со скважиной переменного сечения с несколькими сердечниками разной длины, которые сгруппированы вдоль центральной оси сваи.
Буронабивная свая включает, скважину 1 с уплотненными грунтовыми стенками 2 и уступами 3, ствол 4 из твердеющего раствора постоянного или переменного сечения (грунтоцементный, цементогрунтовый или бетонный) с уплотненными стенками, арматурный каркас 5, один жесткий элемент 6 или несколько дополнительных жестких элементов 7.
Устройство буронабивной сваи осуществляют следующим образом.
Первоначально бурится скважина 1 одного сечения или двух и более сечений, которые устраиваются бурением с использованием буровых элементов разного диаметра. Во всех случаях диаметр верхней части скважины больше диаметра ее последующих частей.
В зависимости от грунтовых условий скважина бурится под защитой обсадной трубы, бентонитового или синтетического раствора или полым шнеком (НПШ). В зависимости от способа устройства скважины в нее устанавливается арматурный каркас 5 до образования ствола 4 из твердеющего раствора или после его образования под собственным весом или с помощью вибропогружателя. Затем, после установки арматурного каркаса 5, в период твердения раствора до достижения им прочности не более 1-2 кгс/см2 погружают жесткий элемент 6 одного или переменного поперечного сечения по длине. При этом сечение в верхней части жесткого элемента 6 больше чем в его средней или нижней части (см. фиг. 5-6). В сваи большого диаметра помимо одного центрального жесткого элемента 6 устанавливают дополнительные жесткие элементы 7 по периметру арматурного каркаса 5 или только дополнительные элементы 7. Кроме того, элементы 6 и 7 могут устанавливаться вплотную симметрично относительно центральной оси. Для сохранения эффекта обжатия ствола и грунта вокруг скважины за счет распора ее площадь не должна превышать более чем в 5 раз общую площадь сердечников. При превышении этого соотношения эффект сжатия будет незначительный.
В зависимости от грунтовых условий переменные сечения ствола и жестких элементов могут варьироваться между собой.
Буронабивные сваи по полезной модели обладают повышенной несущей способностью и существенно дешевле стоимости известных буронабивных свай, приходящейся на одну тонну несущей способности. Повышенная несущая способность таких свай позволяет снизить их количество под зданием, сооружением и соответственно стоимость фундаментов. Как показывают расчеты, несущая способность предлагаемых свай в 1,3-1,7 раза выше, стоимость в 1,2-1,4 раза ниже, чем известных буронабивных свай.
Источники информации:
1. Патент РФ на полезную модель №30153, кл. Е21В 5/30, публ. 20.06.2003 г.
2. Патент РФ на полезную модель №118649, кл. E02D 5/30, публ. 20.06.2003 г. /прототип/.