СТРОИТЕЛЬНАЯ СВАЯ (ВАРИАНТЫ)

Группа полезных моделей относится к области строительства и может быть использована при устройстве свайных оснований, закрепляющих конструкций при строительстве, восстановлении или реконструкции жилых, общественных и промышленных зданий и сооружений.
Известно использование забиваемых в грунт свай для улучшения несущей способности фундаментов зданий. При новом строительстве сваи обычно состоят из относительно длинных железобетонных свай и их частей. При усилении фундаментов ранее построенных домов или строений, используют короткие и секционные сваи из-за отсутствия пространства, поскольку забивание свай приходится осуществлять в небольших и низких пространствах внутри здания. В таких ситуациях для забивания свай в грунт используют легкие удары или даже вибрации для исключения слишком сильной тряски и предотвращения повреждения здания над и вокруг свай. Погружение свай в грунт осуществляют посредством свайного молота (забивные сваи) или с помощью вибропогружателей.
В настоящее время в строительстве при возведении фундаментов широкое распространение получили железобетонные сваи, что объясняется их универсальностью и разнообразием форм (Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты. М.: Стройиздат. С.179-180). Чаще всего используют монолитные квадратные в сечении (призматические) сваи и пустотелые круглые (цилиндрические) сваи с постоянным сечением по длине. В связи с простотой изготовления, экономичностью транспортировки особое распространение получили призматические сваи.
Из уровня техники известны забивные железобетонные сваи квадратного сечения без поперечного армирования ствола с напрягаемой арматурой, располагаемой в центре сечения сваи (см., например, ГОСТ 19804.4-78 «Сваи забивные железобетонные квадратного сечения без поперечного армирования стволам).
Известна также призматическая свая из бетона с центральным предварительно напряженным арматурным стержнем и поперечными каркасами (Патент РФ №2049856, МПК E02D 5/30, опубл.).
Недостатком таких свай является то, что предварительно напряженная арматура расположена по центру сечения сваи, что не исключает возникновение трещин, и поломок при транспортировке и монтаже даже при наличии поперечных арматурных каркасов, что ведет к увеличению материалоемкости для обеспечения несущей способности сваи, а также сложности технологии их изготовления, а, следовательно, и к повышению себестоимости.
Наиболее близкой к заявляемой группе полезных моделей по технической сущности и достигаемому при использовании техническому результату, является железобетонная свая прямоугольного сечения, содержащая ствол из бетона с продольными пазами на боковых гранях и продольную предварительно напряженную арматуру, расположенную в бетоне ствола в ребрах сваи (Патент РФ на полезную модель №74644, МПК E02D 5/30, опубл. 10.07.2008).
Недостатками известной сваи является невысокая несущая способность сваи на вертикальную и, особенно, горизонтальную нагрузку.
Группа полезных моделей направлена на упрощение конструкции и процесса изготовления свай.
Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящей группы полезных моделей, состоит в снижении технологической сложности изготовления свай и рациональном расположении арматурных элементов при одновременном обеспечении надежности и долговечности конструкции сваи.
Задача, положенная в основу настоящей группы полезных моделей, с достижением заявленного технического результата, по первому варианту исполнения решается тем, что в строительную сваю, содержащую ствол, выполненный прямоугольного поперечного сечения из бетона класса не ниже В25 с арматурным каркасом в виде продольных предварительно напряженных арматурных элементов, расположенных в бетоне ствола в ребрах сваи, введены дополнительные арматурные элементы, расположенные в ряд с указанным каркасом по противоположным граням в плоскости, параллельной последним, при этом в указанных гранях выполнены продольные пазы или выступы, имеющие трапециевидную форму.
Поставленная техническая задача, положенная в основу настоящей группы полезных моделей, с достижением заявленного технического результата, по второму варианту исполнения решается также и тем, что в строительную сваю, содержащую ствол, выполненный прямоугольного поперечного сечения из бетона класса не ниже В25 с арматурным каркасом в виде продольных предварительно напряженных арматурных элементов, расположенных в бетоне ствола в ребрах сваи, введены дополнительные арматурные элементы, расположенные в ряд с указанным каркасом по противоположным граням в плоскости, параллельной последним, при этом часть дополнительных элементов расположена на осях симметрии сваи, а в указанных гранях выполнены продольные пазы или выступы, имеющие трапециевидную форму.
Поставленная техническая задача, положенная в основу настоящей группы полезных моделей, с достижением заявленного технического результата, по третьему варианту исполнения решается также и тем, что в строительную сваю, содержащую ствол, выполненный прямоугольного поперечного сечения из бетона класса не ниже В25 с арматурным каркасом в виде продольных предварительно напряженных арматурных элементов, расположенных в бетоне ствола в ребрах сваи, введены дополнительные арматурные элементы, расположенные в ряд с указанным каркасом по противоположным торцовым граням в плоскости, параллельной последним, при этом часть дополнительных элементов расположена на горизонтальной и вертикальной оси симметрии сваи и симметрично им, а в указанных гранях выполнены продольные пазы или выступы, имеющие трапециевидную форму.
Дополнительные существенные отличия предложенной группы полезных моделей по трем вариантам исполнения состоят в том, что в качестве арматурных элементов использованы высокопрочная проволока или арматурные канаты.
Кроме того, для первого варианта, введено четыре или восемь дополнительных арматурных элемента.
Кроме того, для второго варианта, введено двенадцать дополнительных арматурных элемента, причем четыре из них расположены на осях симметрии сваи.
Кроме того, для второго варианта, введено двадцать дополнительных арматурных элемента, причем двенадцать из них симметрично расположены на осях симметрии сваи.
Кроме того, для третьего варианта, введено двадцать шесть дополнительных арматурных элемента, при этом два из них расположены на горизонтальной оси симметрии сваи и четыре симметрично относительно последней, а остальные, по три в ряд, симметрично относительно вертикальной оси симметрии сваи.
Предлагаемые варианты изготовления сваи позволяют выполнять сечения различной конфигурации, исключить установку дополнительных каркасов с продольной и поперечной арматурой и сеток косвенного армирования, расположить напрягаемую арматуру оптимально с точки зрения работы конструкции на восприятие действующих усилий, использовать для изготовления технологию безопалубочного формования, за счет чего достигается снижение расхода металла, уменьшение трудоемкости изготовления, расширение области применения.
Предпочтительные варианты исполнения полезной модели описывается далее на основе представленных чертежей железобетонной сваи, предназначенной для строительства свайных оснований по безотходной технологии, где:
на фиг.1 показан первый вариант исполнения сваи с четырьмя дополнительными арматурными элементами;
на фиг.2 - тоже с восьмью дополнительными арматурными элементами;
на фиг.3 тоже исполнение сваи с трапециевидными выступами на торцовых гранях сваи;
на фиг.4 - показан второй вариант исполнения сваи с двенадцатью дополнительными арматурными элементами
на фиг.5 показан третий вариант исполнения сваи;
на фиг.6. показано исполнение сваи с трапециевидными выступами на торцовых гранях сваи для всех вариантов.
Свая состоит из бетонного ствола 1, выполненного прямоугольного поперечного сечения из бетона класса не ниже В25 с арматурным каркасом в виде продольных предварительно напряженных арматурных элементов 2, расположенных в бетоне ствола в ребрах сваи. На противоположных гранях сваи выполнены трапециевидные впадины 3 или выступы 4. Поскольку боковая поверхность ствола, имеющего продольные впадины сравнительно высока, то несущая способность такой сваи по грунту выше, чем у сваи, имеющей гладкие грани.
Свая представляет железобетонный стержень заданной длины с квадратным или прямоугольным сечением, которое может иметь впадины, выступы, отверстия и т.п. для обеспечения толщины защитного слоя арматуры, сцепления конструкций между собой, облегчения веса и т.п.
Сваи изготавливают непрерывным методом формования, например вибропрессования, по безопалубочной технологии на длинных стендах, и содержат только продольную рабочую арматуру по всей длине сваи. Особенностью армирования сваи является периферийное расположение арматуры, размещенной по следующей схеме:
- по два арматурных элементов 2, расположенных в бетоне ствола 1 в ребрах сваи в ряд по противоположным граням в плоскости, параллельной последним;
- по три арматурных элементов 2, расположенных в бетоне ствола 1 в ребрах сваи в ряд по противоположным граням в плоскости, параллельной последним;
- по три арматурных элементов 2, расположенных в бетоне ствола 1 в ребрах сваи в ряд по противоположным граням в плоскости, параллельной последним плюс по одному арматурному элементу 2, расположенному на осях симметрии сваи;
- по три арматурных элементов 2, расположенных в бетоне ствола 1 в ребрах сваи в ряд по противоположным граням в плоскости, параллельной последним плюс по три арматурных элемента 2, расположенных на вертикальной оси симметрии сваи, два - на горизонтальной оси симметрии сваи и четыре симметрично относительно последней, а остальные, по три в ряд, симметрично относительно вертикальной оси симметрии сваи.
Конструкция сваи подразумевает расположение растянутой арматуры в сжатой зоне бетона. В качестве продольных арматурных элементов 2 применяются высокопрочная арматурная проволока периодического профиля класса Вp-II по ГОСТ 7348-81 или арматурные канаты класса К-7 по ГОСТ 13840-68 без установки дополнительных вязанных или сварных каркасов с продольной и поперечной арматурой и поперечных сеток.
Сваи изготавливают из бетонов классов преимущественно В25-В40, что обеспечивает в совокупности несущую способность конструкции.
За счет предварительного обжатия бетон находится на всех стадиях работы в сжатом состоянии, что обеспечивает трещиностойкость конструкции при подъеме и транспортировании и исключает разрушение бетона при ее забивке или вдавливании вследствие возникновения знакопеременных внутренних напряжений. Проволочная или канатная арматура находится в растянутом состоянии на всех стадиях работы конструкции, что обеспечивает ее устойчивость при сжатии и изгибе. Это исключает необходимость установки поперечной арматуры и позволяет арматуру располагать у граней сечения, что в наибольшей степени повышает эффективность работы сечения на внецентренное сжатие и изгиб.
Забивку или вдавливание свай производят по типовым технологическим схемам с использованием стандартного оборудования и механизмов.
Предлагаемые варианты конструкций железобетонных свай позволяет использовать для их изготовления любую технологию безопалубочного формования, а предложенное расположение арматурных элементов 2 позволяет наиболее эффективно работать сваям на изгиб во время транспортировки, складирования и монтажных работ. Оптимальная геометрия свай с периферийно расположенной предварительно напряженной арматурой, позволяет существенно сократить расходы стали и бетона, а технология безопалубочного формования сокращает себестоимость железобетонных изделий до 30%.
Применение свай без поперечного армирования позволяет снизить расход стали в среднем до 40% по сравнению со сваями с предварительно-напряженной продольной арматурой и поперечным армированием и до 70% по сравнению со сваями с ненапрягаемой продольной арматурой и с поперечным армированием, а также снизить трудоемкость их изготовления на заводах железобетонных конструкций.