СВАЯ И СПОСОБ ЕЕ ВОЗВЕДЕНИЯ
PILE AND METHOD OF ITS ERECTION

Изобретение относится к строительству, в частности, к конструкциям висячих набивных свай, предназначенных для устройства свайных фундаментов, и способам возведения таких свай.
Несущая способность набивных висячих свай зависит от площади нижнего основания сваи и силы сопротивления грунта, действующей вдоль боковой поверхности сваи. При этом сила сопротивления грунта, действующая вдоль боковой поверхности сваи, зависит от площади боковой поверхности сваи, плотности взаимодействующего со сваей грунта и степени обжатия грунтом тела сваи. Для песчаных грунтов эта сила сопротивления грунта определяется силой трения между боковой поверхностью сваи и грунтом, а для глинистых грунтов - силой сцепления между боковой поверхностью сваи и грунтом.
Известна конструкция сваи, описанная в патенте Российской Федерации №2208089 на изобретение «Способ возведения сваи в грунте» по классу E02D 5/56, E02D 7/22, заявленном 28.08.2001 года и опубликованном 10.07.2003 года.
Известная забивная свая представляет собой двухслойную конструкцию, содержащую внешнюю оболочку из уплотненного слоя грунта с введением грунтоукрепляющей добавки, и центральное тело сваи из твердого материала.
Недостатком описанной выше сваи является ее невысокая несущая способность, обусловленная небольшой площадью ее нижнего основания и недостаточной силой сопротивления грунта, действующей вдоль боковой поверхности сваи из-за небольшой площади боковой поверхности сваи, невысоких плотности взаимодействующего со сваей грунта и степени обжатия грунтом тела сваи.
Известен способ возведения сваи, описанный в патенте Российской Федерации №2208089 на изобретение «Способ возведения сваи в грунте» по классу E02D 5/56, E02D 7/22, заявленном 28.08.2001 года и опубликованном 10.07.2003 года.
Известный способ возведения сваи заключается в том, что рабочий инструмент в виде тела вращения, выполненного полым в виде трубы или монолитным с разрыхляющим наконечником в нижней части и винтовой навивкой на внешней поверхности, погружают в грунт до проектной отметки, а затем обратным вращением вывинчивают указанную трубу на дневную поверхность с одновременной подачей в полость скважины твердеющего материала, при этом для уплотнения стенки скважины за счет смещения выбираемого грунта в сторону стенки скважины погружение в грунт осуществляют за счет одновременного вращения и вдавливания в грунт под внешним усилием или под собственным весом тела вращения с винтовой навивкой, у которой ее сечение по длине трубы выполнено постоянным и равным 0,02-0,1 диаметра трубы по внешней ее поверхности, затем в устье образованной скважины с вставленным телом вращения между витками винтовой навивки подают закрепный (грунтоукрепляющий) и/или противофильтрационный материал и производят вывинчивание тела вращения за счет его обратного вращения для уплотнения грунтовой стенки скважины в зоне пяты скважины и боковой стенки скважины указанными трамбуемыми закрепным и/или противофильтрационным материалом с одновременным заполнением полости скважины указанным материалом, подаваемым во время вывинчивания по внешней поверхности тела вращения. Вывинчивание тела вращения производят под собственным весом этой трубы или под дополнительным осевым усилием.
Недостатками описанного выше способа возведения сваи являются недостаточная площадь нижнего основания и боковой поверхности сваи, изготовленной с помощью известного способа, невысокая плотность грунта, окружающего сваю, и недостаточная степень обжатия грунтом тела сваи, что в итоге приводит к недостаточной несущей способности сваи.
Задачей заявляемого изобретения является повышение несущей способности сваи, полученной с помощью заявляемого способа.
Техническим результатом, позволяющим решить указанную задачу, является увеличение площади нижнего основания сваи и повышение силы сопротивления грунта, действующей вдоль боковой поверхности сваи, за счет увеличения площади боковой поверхности сваи, повышения плотности взаимодействующего со сваей грунта и степени обжатия грунтом тела сваи.
Указанный результат достигается тем, что:
1. В известной свае, содержащей внешнюю оболочку из уплотненного слоя грунта с введением грунтоукрепляющей добавки, и тело сваи из твердого материала, согласно изобретению, внешняя оболочка сваи состоит из уплотненного слоя грунта и слоя уплотненного глинистого грунта с грунтоукрепляющей добавкой, примыкающего к телу сваи, состоящему из оболочки из низкомарочного мелкозернистого бетона и центрального стержня из высокомарочного крупнозернистого бетона, армированного металлическим каркасом.
2. В известном способе возведения сваи, включающем погружение в грунт до проектной отметки стержнеобразного рабочего инструмента с наконечником в нижней части и с винтовой навивкой на внешней поверхности, извлечение из скважины рабочего инструмента и подачу в полость скважины твердеющего материала, причем погружение в грунт рабочего инструмента осуществляют путем его одновременного вращения и вдавливания в грунт под внешним усилием, его извлечение производят путем обратного вращения и вывинчивания, а в скважину подают грунтоукрепляющую добавку, согласно изобретению, после погружения в грунт до проектной отметки рабочего инструмента в виде штанги с винтовой резьбой, с наконечником в виде цилиндра с винтовой резьбой на внешней поверхности и конусом на его конце извлекают рабочий инструмент из скважины, заполняют образованную в грунте скважину увлажненным глинистым грунтом, смешанным с грунтоукрепляющей добавкой, повторно погружают рабочий инструмент до проектной отметки в скважину, заполненную глинистым грунтом с грунтоукрепляющей добавкой, извлекают рабочий инструмент, после чего заполняют скважину низкомарочной мелкозернистой бетонной смесью и повторяют операции погружения и обратного извлечения из скважины рабочего инструмента, после набора мелкозернистой бетонной смесью 30-40% от ее марочной прочности в полость скважины устанавливают металлический арматурный каркас и заполняют ее высокомарочной крупнозернистой бетонной смесью.
3. В способе по п.2, согласно изобретению, скважину заполняют низкомарочной мелкозернистой бетонной смесью с ускоряющей твердение добавкой.
4. В способе по п.2, согласно изобретению, заполнение скважины высокомарочной крупнозернистой бетонной смесью производят порционно с поэтапным уплотнением ее глубинным вибратором.
5. В способе по п.2, согласно изобретению, диаметр цилиндра наконечника рабочего инструмента составляет 150-200% от диаметра штанги.
Выполнение тела сваи содержащим внешнюю оболочку, состоящую из уплотненного слоя грунта и слоя уплотненного глинистого грунта с грунтоукрепляющей добавкой, примыкающего к телу сваи, состоящему из оболочки из низкомарочного мелкозернистого бетона и центрального стержня из высокомарочного крупнозернистого бетона, армированного металлическим каркасом, дает возможность увеличить площадь нижнего основания сваи и повысить силу сопротивления грунта, действующую вдоль боковой поверхности сваи, за счет увеличения площади боковой поверхности сваи, повышения плотности взаимодействующего со сваей грунта и степени обжатия грунтом тела сваи, что позволяет повысить несущую способность сваи.
Извлечение рабочего инструмента в виде штанги с винтовой резьбой, с наконечником в виде цилиндра с винтовой резьбой на внешней поверхности и конусом на его конце из скважины после его погружения в грунт до проектной отметки, заполнение образованной в грунте скважины увлажненным глинистым грунтом, смешанным с грунтоукрепляющей добавкой, повторное погружение рабочего инструмента до проектной отметки в скважину, заполненную глинистым грунтом с грунтоукрепляющей добавкой, извлечение рабочего инструмента, последующее заполнение скважины низкомарочной мелкозернистой бетонной смесью, повторение операций погружения и обратного извлечения из скважины рабочего инструмента, после набора мелкозернистой бетонной смесью 30-40% от ее марочной прочности установление в полость скважины металлического арматурного каркаса и заполнение ее высокомарочной крупнозернистой бетонной смесью позволяют увеличить площадь нижнего основания сваи и повысить силу сопротивления грунта, действующую вдоль боковой поверхности сваи за счет увеличения площади боковой поверхности сваи, повышения плотности взаимодействующего со сваей грунта и степени обжатия грунтом тела сваи, что дает возможность повысить несущую способность сваи.
При этом скважину могут заполнять низкомарочной мелкозернистой бетонной смесью с ускоряющей твердение добавкой.
При этом заполнение скважины высокомарочной крупнозернистой бетонной смесью могут производить порционно с поэтапным уплотнением ее глубинным вибратором.
При этом диаметр цилиндра наконечника рабочего инструмента может составлять 150-200% от диаметра штанги.
Заявляемая свая обладает новизной по сравнению с прототипом, отличаясь от него тем, что:
внешняя оболочка сваи состоит из уплотненного слоя грунта и слоя уплотненного глинистого грунта с грунтоукрепляющей добавкой, примыкающего к телу сваи, состоящему из оболочки из низкомарочного мелкозернистого бетона и центрального стержня из высокомарочного крупнозернистого бетона, армированного металлическим каркасом.
Заявляемый способ возведения сваи обладает новизной по сравнению с прототипом, отличаясь от него тем, что:
1. После погружения в грунт до проектной отметки рабочего инструмента в виде штанги с винтовой резьбой, с наконечником в виде цилиндра с винтовой резьбой на внешней поверхности и конусом на его конце извлекают рабочий инструмент из скважины, заполняют образованную в грунте скважину увлажненным глинистым грунтом, смешанным с грунтоукрепляющей добавкой, повторно погружают рабочий инструмент до проектной отметки в скважину, заполненную глинистым грунтом с грунтоукрепляющей добавкой, извлекают рабочий инструмент, после чего заполняют скважину низкомарочной мелкозернистой бетонной смесью и повторяют операции погружения и обратного извлечения из скважины рабочего инструмента, после набора мелкозернистой бетонной смесью 30-40% от ее марочной прочности в полость скважины устанавливают металлический арматурный каркас и заполняют ее высокомарочной крупнозернистой бетонной смесью.
2. Скважину заполняют низкомарочной мелкозернистой бетонной смесью с ускоряющей твердение добавкой.
3. Заполнение скважины высокомарочной крупнозернистой бетонной смесью производят порционно с поэтапным уплотнением ее глубинным вибратором.
4. Диаметр цилиндра наконечника рабочего инструмента составляет 150-200% от диаметра штанги.
Заявителю не известны свая и способ возведения сваи, обладающие вышеуказанными отличительными существенными признаками, позволяющими явным образом достичь такого же технического результата, поэтому заявитель считает, что заявляемое изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».
Заявляемые свая и способ ее изготовления могут найти широкое применение в строительстве, в частности в конструкциях висячих набивных свай, предназначенных для устройства свайных фундаментов, и способах возведения таких свай, поэтому они соответствуют критерию «промышленная применимость».
Заявляемый способ возведения сваи представляет собой совокупность операций, позволяющих увеличить площадь нижнего основания сваи и повысить силу сопротивления грунта, действующую вдоль боковой поверхности сваи, за счет увеличения площади боковой поверхности сваи, повышения плотности взаимодействующего со сваей грунта и степени обжатия грунтом тела сваи, и заключается в том, что после погружения в грунт до проектной отметки рабочего инструмента в виде штанги с винтовой резьбой и с наконечником в виде цилиндра с винтовой резьбой на внешней поверхности и конусом на конце извлекают рабочий инструмент из скважины, заполняют образованную в грунте скважину увлажненным глинистым грунтом, смешанным с грунтоукрепляющей добавкой, повторно погружают рабочий инструмент до проектной отметки в скважину, заполненную глинистым грунтом с грунтоукрепляющей добавкой, извлекают рабочий инструмент, после чего заполняют скважину низкомарочной мелкозернистой бетонной смесью, повторяют операции погружения и обратного извлечения из скважины рабочего инструмента, после набора мелкозернистой бетонной смесью 30-40% от ее марочной прочности в полость скважины устанавливают металлический арматурный каркас и заполняют ее высокомарочной крупнозернистой бетонной смесью.
Заявляемая свая, возводимая с использованием заявляемого способа, иллюстрируется чертежами, где представлено на:
Фиг.1. Общий вид заявляемой сваи в разрезе.
Фиг.2. Процесс погружения в грунт рабочего инструмента.
Фиг.3. Заполнение скважины увлажненным глинистым грунтом с грунтоукрепляющей добавкой.
Фиг.4. Процесс погружения рабочего инструмента в скважину, заполненную увлажненным глинистым грунтом с грунтоукрепляющей добавкой.
Фиг.5. Процесс погружения рабочего инструмента в скважину, заполненную низкомарочной мелкозернистой бетонной смесью.
Фиг.6 Заполнение скважины с установленным металлическим арматурным каркасом высокомарочной крупнозернистой бетонной смесью.
Фиг.7. Общий вид рабочего инструмента.
Свая, представленная на чертеже (см. Фиг.1), содержит внешнюю оболочку из уплотненного слоя 1 грунта и слоя 2 уплотненного глинистого грунта с грунтоукрепляющей добавкой, примыкающего к телу сваи, состоящему из оболочки 3 из низкомарочного мелкозернистого бетона и центрального стержня 4 из высокомарочного крупнозернистого бетона, армированного металлическим каркасом 5.
Заявляемый способ возведения сваи реализуют с помощью известных и широко применяемых в данной отрасли устройств и приспособлений.
В качестве рабочего инструмента (см. Фиг.7) для возведения сваи используют штангу 6 из высокопрочной стали с винтовой резьбой на внешней поверхности. На нижнем конце штанги 6 имеется наконечник в виде цилиндра 7 с винтовой резьбой на внешней поверхности и конусом 8 на его конце. Диаметр цилиндра 7 наконечника рабочего инструмента составляет 150-200% от диаметра штанги 6. Сопряжение штанги 6 и цилиндра 7 выполнено посредством усеченного конуса 9.
Возведение заявляемой сваи и реализацию, тем самым, заявляемого способа ее возведения осуществляют следующим образом.
Самоходную строительную машину, например копровую установку (не показана), снабженную рабочим инструментом, штанга 6 которого заведена в неподвижную втулку (не показана) с внутренней винтовой резьбой, устанавливают на строительной площадке в месте возведения сваи.
Приводят во вращение штангу 6, которой при этом придается поступательное движение вниз, и погружают рабочий инструмент (см. Фиг.2) в грунт до проектной отметки. При заглублении рабочего инструмента вращающийся цилиндр 7, снабженный конусом 8 на конце, вытесняет грунт вниз и в стороны, формируя в грунте скважину с зоной уплотненного грунта по ее периметру, где плотность грунта значительно больше начальной плотности грунта основания.
Затем путем вращения в противоположном направлении извлекают рабочий инструмент из скважины и заполняют (см. Фиг.3) образованную в грунте скважину увлажненным глинистым грунтом с грунтоукрепляющей добавкой, получаемым например, путем смешивания глинистого грунта с 0,2%-ным водным раствором добавки «Permo Zyme» в пропорции 10:1. Влажность глинистого грунта с грунтоукрепляющей добавкой при этом составляет 80% от оптимальной влажности грунта.
Повторно погружают вращающийся рабочий инструмент до проектной отметки в скважину, заполненную глинистым грунтом с грунтоукрепляющей добавкой (см. Фиг.4). Цилиндр 7 рабочего инструмента по мере своего погружения вдавливает заполняющий скважину глинистый грунт с грунтоукрепляющей добавкой в ее боковые стенки и нижнее основание. В результате этого происходит дополнительное уплотнение ранее уплотненного слоя грунта по периметру скважины и перемещение его на периферию скважины, а его место занимает уплотненный глинистый грунт с грунтоукрепляющей добавкой.
Далее извлекают рабочий инструмент, заполняют скважину низкомарочной мелкозернистой бетонной смесью с ускоряющей твердение добавкой, например хлористым кальцием, в количестве 2% от массы используемого для приготовления смеси цемента, и повторяют операции погружения (см. Фиг.5) и обратного извлечения из скважины рабочего инструмента, в процессе чего происходит частичное вдавливание бетонной смеси в слой уплотненного глинистого грунта с грунтоукрепляющей добавкой.
После набора мелкозернистой бетонной смесью 30-40% от ее марочной прочности в полость сформированной таким образом скважины устанавливают металлический арматурный каркас 5 и заполняют ее высокомарочной крупнозернистой бетонной смесью (см. Фиг.6), подачу которой производят бетононасосом порционно с поэтапным уплотнением бетонной смеси глубинным вибратором.
Таким образом, в результате выполнения всех операций способа в грунтовом массиве основания получают многослойную сваю, содержащую внешнюю оболочку, состоящую из уплотненного слоя грунта и слоя уплотненного глинистого грунта с грунтоукрепляющей добавкой, примыкающего к телу сваи, состоящему из оболочки из низкомарочного мелкозернистого бетона и центрального стержня из высокомарочного крупнозернистого бетона, армированного металлическим каркасом. При этом плотность и прочность отдельных слоев сваи возрастает по направлению к оси сваи, а образуемые при неоднократном прохождении скважины рабочим инструментом с винтовой резьбой винтовые нарезки в стенках скважины способствуют более прочному соединению всех слоев сваи.
Заявляемые свая и способ ее изготовления по сравнению с прототипом обеспечивают увеличение площади нижнего основания сваи и повышение силы сопротивления грунта, действующей вдоль боковой поверхности сваи, за счет увеличения площади боковой поверхности сваи, повышения плотности взаимодействующего со сваей грунта и степени обжатия грунтом тела сваи.
Использование заявляемой конструкции сваи и способа ее возведения позволяет не только получить сваю с повышенной несущей способностью за счет увеличения ее боковой поверхности и площади ее нижнего основания, но и сделать это наиболее экономичным способом, так как для изготовления заявляемой сваи по сравнению с обычной сваей, имеющей такие же размеры, необходимо затратить гораздо меньше материалов и с меньшей стоимостью.