СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СВАЙНОЙ ОПОРЫ
METHOD FOR INCREASING BEARING CAPACITY OF PILE PIER

Изобретение относится к газотранспортной промышленности и предназначено для поддержания трубопровода в проектном положении в районах распространения вечномерзлых грунтов, а именно для повышения несущей способности свайной опоры.
Известен способ повышения несущей способности свайной опоры путем увеличения длины и диаметра используемых свай [см., например, СП 50-102-2003. Проектирование и устройство свайных фундаментов].
Недостатками данного способа являются:
1. Способ не обладает простотой реализации, так как требует остановки и демонтажа эксплуатируемого трубопровода, а также демонтажа свай уже имеющейся опоры.
2. Способ является трудозатратным, ввиду того что сваи большого диаметра гораздо труднее забить или вдавить в грунт.
Известен способ повышения несущей способности свайной опоры путем увеличения количества свай в конструкции опоры [см., например, Линович Л.Е. Расчет и конструирование частей гражданских зданий. - Киев, Будивельник, 1972 г. - с. 301].
Недостатком данного способа является:
Способ является трудоемким и не обладает простотой реализации в районах распространения многолетнемерзлых грунтов, так как промышленные площадки линейных сооружений, расположенные в данном районе, характеризуются высокой плотностью расположения трубопроводов и технологического оборудования, в связи с этим отсутствует возможность применения необходимой специальной крупногабаритной техники для монтажа дополнительных свай.
Известен способ повышения несущей способности свай путем подачи в грунт, находящийся в межсвайном пространстве и в основании свай, твердеющего раствора, который сначала подают под постепенно возрастающим давлением до образования полостей гидроразрыва вокруг каждого инъектора, а затем - под постоянным давлением [см. патент РФ №2275470, МПК E02D 27/34, E02D 3/12, опубл. 27.04.2006].
Недостатком данного способа является:
Способ не обладает высокой эффективностью укрепления грунта вокруг сваи, особенно в том случае, если сваю окружает более плотный грунт, чем грунт, находящийся на удалении от нее. При гидроразрыве траектория трещины, по которой нагнетается укрепляющий раствор, распространяется по пути наименьшего сопротивления, т.е. огибая участки уплотненного грунта. В такой ситуации грунт вокруг сваи может оставаться неукрепленным, при этом сам процесс укрепления околосвайного грунта становится малоэффективным и неконтролируемым.
Известен способ повышения несущей способности свайной опоры, заключающийся в увеличении площади лобовой опорной поверхности сваи за счет расширения ее нижнего окончания (пяты) [см., например, Справочник строителя. Свайные работы. Под редакцией д-ра техн. наук, проф. М.И. Смородинова. - М., Стройиздат, 1988 г. - с. 34-36, рис. 11.14].
Недостатками данного способа являются:
1. Способ ограничен возможностью его применения исключительно стадией сооружения опоры, так как после завершения комплекса строительных работ выполнить уширение нижнего окончания (пяты) сваи уже не представляется возможным.
2. Способ не обладает достаточной эффективностью закрепления сваи в грунте ввиду возможного образования пазух над уширением при погружении сваи, а также незначительного значения сопротивления по ее боковой поверхности.
Наиболее близким решением, принятым в качестве прототипа, является способ повышения несущей способности свайной опоры, заключающийся в увеличении площади верхней опорной части погруженной в грунт сваи за счет установки на сваю железобетонного оголовка, который обеспечивает передачу внешней нагрузки от сооружения не только на сваю, но и на грунт под подошвой оголовка [см., например, Далматов Б.И., Лапшин Ф.К., Россихин Ю.В. Проектирование свайных фундаментов в условиях слабых грунтов. - Л., Стройиздат, 1975 г. - с. 13-14, рис. 1.3].
Недостатками данного способа являются:
1. Способ ограничен возможностью его применения исключительно стадией сооружения опоры, так как для обеспечения совместной работы сваи с оголовком его устанавливают на верхнюю часть погруженной сваи и забивают в грунт до устранения зазоров между верхним торцом сваи и внутренней поверхностью оголовка.
2. Способ невозможно реализовать в районах распространения многолетнемерзлых грунтов, так как отсутствует возможность забивки оголовка в прочный грунт, ввиду того что подошва погружаемого в грунт оголовка имеет значительный (до 1,5 м) размер в плане.
Задачей изобретения является создание способа повышения несущей способности свайной опоры, позволяющего нивелировать недостатки аналогов и прототипа.
Техническим результатом изобретения является повышение несущей способности уже смонтированной и находящейся в эксплуатации в районах распространения многолетнемерзлых грунтов свайной опоры за счет увеличения опорной поверхности сваи, осуществляемого на уровне дневной поверхности грунта.
c
Поставленная задача в способе повышения несущей способности свайной опоры, включающем увеличение верхней опорной поверхности сваи, решается тем, что делают выемку вокруг укрепляемой сваи опоры в радиусе от 1,5 до 2,5 наружного диаметра сваи (D) глубиной, равной толщине устраиваемого железобетонного слоя, монтируют армирующий каркас в выемке, заливают выемку бетоном, устанавливают после затвердевания бетона металлическую опорную конструкцию с усиливающими ребрами, которую жестко соединяют с надземным участком сваи.
Способ поясняется на фиг. 1-2. На фиг. 1 представлен продольный разрез укрепленной сваи опоры. На фиг. 2 представлен план укрепленной сваи опоры.
Способ реализуется следующим образом.
c
В поверхностном слое грунта 1, расположенном вокруг укрепляемой сваи 2 опоры в радиусе от 1,5 до 2,5 наружного диаметра сваи (D), делают выемку от дневной поверхности грунта 3. Глубина выемки равна толщине устраиваемого железобетонного слоя. Затем в подготовленной выемке монтируют с применением сварки армирующий каркас 4 из арматурных ребристых стержней или из арматурной сетки и заливают выемку подготовленным бетоном 5. После затвердевания бетона на его наружную поверхность устанавливают металлическую опорную конструкцию 6 из фасонного металлопроката, например двутавра, и каждый элемент опорной конструкции вместе с усиливающими ребрами 7 жестко соединяют с надземным участком сваи, например, приваркой к наружной поверхности металлической сваи.
с
с
с
с
После реализации предлагаемого способа нагрузка, действующая на опору, будет восприниматься не только самой сваей, но и смонтированной опорной конструкцией, которая через железобетонный слой передает действующую нагрузку на грунтовое основание. При этом в выемке радиусом 1,5D вокруг сваи образуется кольцевой железобетонный слой шириной 1,0D, который обеспечивает увеличение площади лобовой опорной поверхности сваи в 8 раз, а в выемке радиусом 2,5D вокруг сваи образуется кольцевой железобетонный слой шириной 2,0D, который обеспечивает увеличение площади лобовой опорной поверхности сваи в 24 раза.
Как видно, предлагаемый способ повышения несущей способности свайной опоры по сравнению с известными обладает высокой эффективностью, так как при его реализации многократно увеличивается площадь лобовой поверхности сваи, через которую действующая нагрузка передается на грунтовое основание, кроме этого способ обладает достаточной простотой его реализации на стадии эксплуатации свайной опоры, в том числе и в условиях ограниченного свободного пространства возле укрепляемой опоры.
Пример
c
Для повышения несущей способности смонтированной находящейся в эксплуатации в районе распространения многолетнемерзлого грунта свайной опоры в поверхностном слое грунта, расположенном вокруг укрепляемой сваи с наружным диаметром (D), равным 300 мм, в радиусе 450 мм делают выемку от дневной поверхности грунта. Глубина выемки равна 200 мм. Затем в подготовленной выемке монтируют с применением сварки армирующий каркас из тонкой арматурной сетки и заливают выемку подготовленным бетоном. После затвердевания бетона на его наружную поверхность устанавливают металлическую конструкцию из двутавра, и каждый элемент опорной конструкции вместе с дополнительными усиливающими ребрами жестко соединяют с надземным участком сваи приваркой к наружной поверхности металлической сваи.
После реализации способа нагрузка, действующая на опору, воспринимается не только самой сваей, но и смонтированной опорной конструкцией, которая через железобетонный слой передает действующую нагрузку на грунтовое основание. При этом образованный вокруг сваи кольцевой железобетонный слой шириной 300 мм обеспечивает увеличение площади лобовой опорной поверхности сваи в 8 раз.