ТРУБЧАТАЯ СТАЛЬНАЯ ПОВОРОТНАЯ БУРОЗАБИВНАЯ ТЕРМОСВАЯ

Полезная модель относится к области строительства фундаментов и может применяться при возведении свайных фундаментов с высоким ростверком временных сооружений на вечномерзлых грунтах, используемых в качестве оснований в мерзлом состоянии в течении всего срока эксплуатации сооружения [1].
Наиболее близкой к полезной модели является гладкоствольная металлическая трубчатая свая, используемая одновременно в качестве саморегулирующего охлаждающего устройства (СОУ) [2].
Недостатком этой сваи является невысокая несущая способность по грунту за счет смерзания ее боковой поверхности с вечномерзлым грунтом, окружающим сваю. Кроме того, цилиндрический гладкий ствол сваи оказывает недостаточное сопротивление воздействию сил морозного пучения грунта (деятельного слоя) при его промерзании.
Технической задачей полезной модели является создание конструкции трубчатой стальной поворотной бурозабивной термосваи с повышенной несущей способностью по грунту и с повышенной сопротивляемостью воздействию сил морозного пучения грунтов и выдергивающих нагрузок за счет увеличения боковой поверхности сваи в пределах вечномерзлого грунта.
Указанная техническая задача решается за счет того, что трубчатая стальная поворотная бурозабивная термосвая состоит из ствола с герметичной полостью, заполняемой жидким хладоносителем после погружения сваи, дополнительно содержит в нижней части ствола выше острия сваи не менее 3-х клинообразных стальных ребер. Высота ребер должна быть не менее 2-х диаметров ствола, а толщина - 10÷12 мм. Ребра приварены к стволу под углом α=5-10° к его оси и располагаются при погружении сваи в вечномерзлом грунте.
На фиг. 1 показана конструкция трубчатой стальной поворотной бурозабивной термосваи, где обозначены:
поз. 1 - опорная крышка;
поз. 2 - отверстие для заливки хладоносителя;
поз. 3 - ствол сваи;
поз. 4 - внутренняя герметичная полость;
поз. 5 - вечномерзлый грунт;
поз. 6 - клинообразные ребра; I
поз. 7 - дно внутренней герметичной полости;
поз. α - угол наклона ребер к оси ствола.
Предлагаемая конструкция термосваи работает следующим образом. При погружении сваи в пробуренную лидерную скважину (дизель-молотом или вибропогружателем) происходит поворот вокруг оси за счет наклонных ребер 6. Свая «ввинчивается» в грунт. Наклонееные к оси сваи ребра 6, обеспечивая ее поворот, повышают анкерную способность сваи при воздействии на нее выдергивающих нагрузок.
После погружения сваи до проектной отметки в толще мерзлого грунта в полость 4, через отверстие 2 заливается хладоноситель, имеющий низкую (ниже 40°С) температуру замерзания, например, керосин [3].
В холодный сезон керосин, находящийся в наземной части сваи, охлаждается наружным воздухом, становится более тяжелым и, как более холодный и плотный, опускается вниз, вытесняя собой более легкий (более теплый) керосин из нижней части сваи вверх. За счет отдачи керосином холода через ствол 3 и ребра сваи 6 окружающему ее вечномерзлому грунту 5 происходит понижение его температуры и постепенное смерзание ствола 3 и ребер 6 сваи с окружающим вечномерзлым грунтом 5.
В результате возрастают величины расчетного давления на мерзлый грунт за счет расчетного сопротивления мерзлого грунта сдвигу по поверхности смерзания со сваей. Наличие ребер 6 увеличивает площадь поверхности смерзания сваи с грунтом 5. Как следствие, возрастает несущая способность вмороженной сваи по грунту (до 2-3 раз в зависимости от типа и температуры вечномерзлого грунта). Кроме того, постепенно поднимается верхняя граница вечномерзлого грунта 5, сокращается глубина сезонного оттаивания грунтов деятельного слоя.
За счет этого можно сократить количество свай в фундаменте или уменьшить глубину бурения скважин и длину свай.
Литература.
1. СНиП 2.02.04-88 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах.
2. Гапеев С.И. Укрепление мерзлых оснований охлаждением. Стройиздат. 1989.
3. Таргулян Ю.О. Устройство свайных фундаментов в вечномерзлых грунтах. Л. Стройиздат. 1978.