СЕЙСМОУСТОЙЧИВАЯ СВАЯ
EARTHQUAKE-PROOF PILE

Предлагаемое изобретение относится к области строительства, в частности к устройствам, используемым для укрепления фундамента зданий и сооружений, для предотвращения их разрушения, в сейсмически неблагоприятных районах.
Известна буронабивная свая, изготовленная из бетона и металла, которая устанавливается в полученную путем бурения скважину, на значительную глубину, до скального основания [1-2].
Недостатком такой сваи является ее незначительная площадь опоры, вследствие чего она не является надежным укреплением здания при подземных толчках, поскольку при перемещениях в основании зданий возникают реакции, способные как разрушить сваю, так и выдернуть из основания.
Кроме того, данный вид свай требует особых затрат, так как при их производстве используется значительное количество бетона и металла.
Известна плавающая свая, представляющая собой конструкцию в виде пучкообразного каркаса с помощью металлических клиньев, не укрепленных на определенной глубине, а являющейся как бы «плавающей опорой» здания, которая принимает нагрузку, удерживает фундамент, предотвращая его разрушение [3-4].
Производство и установка данной конструкции представляют собой дорогостоящую и сложную в установке процедуру, затрачивается значительное количество металла, необходимое для изготовления металлического каркаса в виде клиньев.
При подземных толчках использование плавающих свай не исключает возможности их «вырывания», так как непосредственно такие конструкции нигде не закреплены, следовательно, по своей форме и особенностям эти установки не могут являться надежным средством укрепления фундамента здания.
Задачей предлагаемого изобретения является укрепление фундамента, не допускающего разрушения здания, даже при значительных колебаниях земли в сейсмически опасных условиях.
Поставленная задача решается путем создания сваи специфического строения, установленной на песчаной подушке.
Сейсмоустойчивая свая изображена на чертеже, где позициями обозначены:
1 - железобетонная конструкция с развитым конусообразным основанием;
2 - конусообразная оболочка из оцинкованной листовой стали на конусообразном основании сваи;
3 - скважина;
4 - полая конусообразная оболочка;
5 - пескобетонный полый армированный цилиндр с конусообразным завершением;
6 - гранитный песок.
Сейсмоустойчивая свая состоит из железобетонной цилиндрической конструкции и конусообразного основания (1), конусообразное основание выполняется по месту установки (в скважине) при заливке бетона в армированную конусообразную оболочку из листовой стали (2).
Дальнейшая технология изготовления сейсмоустойчивой сваи происходит на месте ее будущей установки и происходит следующим образом.
Первоначально бурят скважину (3) глубиной от 10 до 12 м, до более плотных слоев земли. Шахтерским методом собирают и устанавливают в скважину (3) полую конусообразную оболочку (4) меньшего диаметра, изготовленную из металла, и обсадную трубу, пространство между скважиной (3), полой конусообразной оболочкой (4) и обсадной трубой заполняют под давлением цементно-песчаной массой, обсадная труба вынимается. В результате образуется пескобетонный армированный полый цилиндр с конусообразным завершением (5). На дно этого цилиндра (5) насыпают гранитный песок (6) высотой слоя от 600 до 1000 мм (по расчету).
На образованную «подушку» устанавливают конусообразную оболочку из оцинкованной стали меньшего диаметра (2) и обсадную трубу, армируют основание и ствол конструкции, образуется железобетонная цилиндрическая конструкция с конусообразным основанием (1). Обсадная труба вынимается. Пространство между железобетонной сваей и боковыми частями конусообразной оболочки (4) заполняют песком на всю высоту пологого цилиндра.
Предлагаемая конструкция сваи позволяет укрепить фундамент, не допустить разрушение здания даже при значительных колебаниях земли в сейсмически опасных условиях.
Песок является идеальным материалом, дающим нулевую осадку здания. В случае подземного толчка, благодаря особому свойству песка и специфическому строению сваи, конструкция выступит как гигантский амортизатор, земные колебания загасятся в фундаментной части здания и, соответственно, возможность разрушения здания будет сведена к минимуму.
Расчетная допустимая глубина бурения сваи, рассчитанная на срез сваи при толчке в 8-9 баллов по шкале Рихтера - от 10-12 м (при подземной толчке, существует высокая вероятность среза свай, установленных ниже указанной отметки). Таким образом, установка сейсмоустойчивой сваи, производиться на оптимально безопасной глубине, что предполагает и значительную экономию, так как отсутствует необходимость бурения скважины на большую глубину - основание конуса сваи может быть увеличено по расчету до необходимого диаметра.
Специфическая конструкция оболочки сейсмоустойчивой сваи исключает возможность «выдергивания» даже при значительных подземных колебаниях, конструкция надежно фиксируется на необходимой глубине.
Применение предложенной сейсмоустойчивой сваи, за счет ее особого строения, не требует дополнительных затрат, так как уровень максимальной безопасности здания достигается путем использования значительно меньшего количества свай по сравнению с наиболее часто используемыми сваями.
Учитывая минимальный уровень затрат при производстве и установке, надежность и явное преимущество перед другими видами свай, использование данной сваи в сейсмически неблагоприятных районах является наиболее актуальным.
Источники информации
1. СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты».
2. СНиП II-7-81 «Строительство в сейсмических районах» - ч.II, гл.7.
3. Назаров Ю.П., Васюткин А.Н. «Векторный анализ записей сильных землетрясений». // Тр.ин-та ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко - 1983 г.
4. Рекомендации по проектированию, строительству и эксплуатации многофункциональных высотных зданий и комплексов. Нагрузки и воздействия. - М.: ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко, 2005.
5. СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений».