СБОРНАЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ СВАЯ

№ 2007120193
Описание
Сборная железобетонная свая.
Изобретение относится к фундаментам глубокого заложения, а именно к конструкциям забивных свай.
Известны забивные железобетонные сваи сплошного квадратного сечения с продольной предварительно напряженной арматурой. /1/
Наиболее близкой конструкцией к предлагаемой является призматическая свая из бетона с центральным предварительно напряженным арматурным стержнем и поперечными каркасами /2/.
Недостатками конструкций таких сваи 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 дополнительных поперечных арматурных каркасов, что ведет к увеличению материалоемкости для обеспечения несущей способности сваи, а также сложности технологии их изготовления, в том числе пустотелых, а следовательно к повышению себестоимости.
Техническая задача заключается в обеспечении несущей способности сваи и технологичности изготовления при снижении себестоимости за счет исключения поперечного армирования, уменьшения материалоемкости и повышении трещиностойкости при монтажных работах.
Поставленная задача решается таким образом, что в сборной железобетонной свае прямоугольного сечения, содержащей ствол из бетона класса не ниже В25 и продольную предварительно напряженную арматуру, согласно изобретению, предварительно напряженная арматура расположена в бетоне ствола по противоположным граням сваи с возможностью размещения ее при изготовлении сваи в верхней и нижней периферийных зонах, при этом ребра сваи выполнены с монтажными фасками или монтажными продольными бортиками. При этом на боковых гранях могут быть выполнены функциональные выступы или впадины. Сборная железобетонная свая может иметь сквозные продольные полости круглого, или эллиптического, или прямоугольного сечения, причем площадь сечения полости меньше площади сечения ствола сваи. Свая может иметь по крайней мере одну или две сквозные продольные полости. Свая может иметь сечение в виде двух двутавров с образованием сквозной продольной полости прямоугольного или эллиптического сечения, или сечение тавра или двутавра. При этом концевая часть сваи выполнена с односторонним или двусторонним клиновидным заострением. Или по торцам свая выполнена с фасками. Кроме того, свая дополнительно снабжена предварительно напряженной арматурой по боковым граням. Ствол сваи может быть выполнен из полимербетона, или фибробетона. При этом свая может быть снабжена монтажными петлями. Помимо всего свая имеет прямоугольное сечение с соотношением сторон 1:1-1:10.
Предлагаемая конструкция сваи отличается от известной тем, что предварительно напряженная арматура расположена в бетоне ствола по противоположным граням сваи с возможностью размещения ее при изготовлении сваи в верхней и нижней периферийных зонах, а по смежным боковым граням выполнены монтажные продольные бортики или фаски. При этом, свая имеет прямоугольное сечение с соотношением сторон 1:1-1:10. Свая может иметь сквозные продольные полости круглого, или эллиптического сечения, одну или несколько. Сборная железобетонная свая может иметь сечение образованное двумя двутаврами с одной сквозной продольной полостью призматического или эллиптического сечения, или сечение двутавра. Сборная железобетонная свая в качестве предварительно напряженной арматуры содержит арматурные стержни, или высокопрочную проволоку, или канатную арматуру. При этом может быть дополнительно снабжена предварительно напряженной арматурой по боковым граням для дополнительной жесткости. Ствол сборной железобетонной сваи может быть выполнен из полимербетона или фибробетона, что обеспечивает возможность исключения поперечного армирования. Кроме того, свая при необходимости может быть снабжена монтажными петлями на расстоянии от торцов равном 0,21 длины сваи, что упрощает установку сваи в проектное положение перед погружением. Особенностью железобетонной сваи является разная работа на определенном этапе: изготовление, транспортировка, вдавливание и непосредственная работа сваи как несущей конструкции. Поэтому разработанная конструкция сваи позволяет быть универсальным железобетонным элементом, который может работать на изгиб и сжатие, как раздельно, так и одновременно. В разработке армирования свай без поперечной арматуры было достигнуто рациональное решение в работе сваи во всех условиях от изготовления до эксплуатации. После изготовления, во время складирования и транспортировки на строительную площадку, свая работает исключительно на изгиб. Причем, во время транспортирования необходимо учитывать динамическое воздействии в соответствии с СП 52-102-2004. При погружении свая работает на сжатие, при этом армирование сваи частично вовлекается в работу. Основной задачей в разработке свай была возможность использования технологии вдавливания, которая при погружении сваи исключает динамическое воздействие на железобетонный элемент. Использование статической силы во время вдавливания позволяет оказывать щадящее воздействие на сваю, не разрушая ее.
Одним из преимуществ предлагаемой сваи является свободное использование различных форм и размеров сечений. Ограничения обуславливаются условиями технологических возможностей безопалубочного формования и технологией погружения сваи путем вдавливания. Формы сечения определяются из условия максимально эффективного использования железобетонного элемента в работе сваи при минимальном использовании материальных ресурсов. Конструкция сечения сваи может позволять использовать как симметричноое, так и несимметричное армирование в зависимости от того, какой параметр загружения является главенствующим - сжимающая сила, либо изгибающий момент.
Основные формы сечений свай прямоугольные в различных вариантах. Так как технология формования не позволяет располагать поперечное армирование, то для этого в геометрии сваи предусмотрены специальные выступы по всей длине - бортики, которые позволяют перемещать и складировать сваи с помощью специальных захватывающих устройств.
Предлагаемое армирование преднапряженной арматурой по противоположным граням обеспечивает повышение прочности на изгиб и трещиностойкость изготавливаемой в заводских условиях сваи, которая подвергается транспортировке в горизонтальном положении, а также позволяет исключить поперечную арматуру. Кроме того такое расположение преднапряженной арматуры позволяет выполнить сквозные продольные полости без обрушений бетона и формовать бортики или фаски, обеспечивающие упрощение монтажных работ, при этом дает возможность расширить номенклатуру изделий со сложными сечениями.
На фиг. 1 представлена сборная железобетонная свая - общий вид; фиг.2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 - сечение фиг.1 (варианты); фиг.15, 16, 17 - фрагмент выполнения конца сваи (варианты); фиг. 18 - вид А фиг. 17; фиг.19 - сечение фиг.1 вариант расположения арматуры по боковым граням; фиг.20 - продольный разрез сваи (вариант с монтажными петлями); фиг.21 - сечение фиг.1 ( вариант несимметричного армирования).
Свая состоит из бетонного ствола 1 и преднапряженной арматуры 2. По граням сваи выполнены монтажные продольные бортики 3 или монтажные фаски 4. На противоположных боковых гранях сваи выполнены функциональные (замковые) впадины 5 или выступы 6. Свая может быть выполнена с одной сквозной продольной полостью 7 или с несколькими. При необходимости полнотелая свая имеет дополнительные монтажные петли 8.
На фиг. 2 и 3 показаны варианты прямоугольных сечений свай с монтажными продольными бортиками 3 (фиг.2) и с монтажными фасками 4 (фиг.3). На фиг.4, 5показаны сечения сваи с функциональными впадинами 5 и выступами 6 для изготовления замкового соединения и использования сваи в качестве шпунта. На фиг.6-11 показаны варианты прямоугольных сечений свай с одним или несколькими продольными отверстиями. На фиг.12, 13, 14 показаны соответственно сечение, образованное двумя двутаврами, тавровое и двутавровое. На фиг 15,16 показаны варианты выполнения конца сваи в виде одностороннего и двустороннего клиновидного заострения. На фиг.17.18 - вариант выполнения торцов с фасками для предотвращения скола бетона ствола. На фиг.19 - вариант дополнительной предварительно напряженной арматуры по боковым граням для повышения жесткости конструкции, а на фиг.21 несимметричного армирования для возможности использования конструкции в качестве шпунта размером сечения более чем 1:1,5. На фиг.20 показано расположение монтажных петель в полнотелых сваях.
Сваю изготавливают следующим образом.
Сваи изготавливают непрерывным методом формования, например методом экструзии или 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 как симметрично, так и несимметрично относительно двух противоположных граней сваи. Конструкция сваи подразумевает расположение растянутой арматуры в сжатой зоне бетона. Разработанная конструкция железобетонных свай позволяет использовать для ее изготовления любую технологию безопалубочного формования, что делает ее универсальной. Периферийное расположение рабочей арматуры позволяет наиболее эффективно работать сваи на изгиб во время транспортировки, складирования и монтажных работ. Оптимальная геометрия свай с периферийно расположенной преднапряженной арматурой, позволяет существенно сократить расходы стали и бетона, а технология безопалубочного формования сокращает себестоимость железобетонных изделий до 30%. Использование предварительно напряженных свай расширяет технологические возможности производственной линии безопалубочного формования. Минимальный класс бетона, который возможно использовать для производства свай - В25, что обеспечивает в совокупности несущую способность конструкции.
В качестве предварительно напряженной арматуры могут быть использованы:
- высокопрочная проволока класса Вр-II любого диаметра;
- стальная канатная арматура различных классов и диаметров.
С помощью предварительного напряжения повышается трещиностойкость железобетонной сваи. Использование высокопрочной проволоки позволяет, существенно сократить расходы стали, не ухудшая работу сваи на изгибающий момент во время транспортировки на строительную площадку. Следует отметить, что главенствующим показателем является работа сваи по второму предельному состоянию (1-я категория по трещиностойкости). Использование предварительного напряжения кардинально меняет работу железобетонной сваи по сравнению с ее обычными аналогами. Армирование разработанной сваи таково, что первое и второе предельное состояние сваи достигается одновременно. Это означает, что образование трещин не будет происходить вплоть до разрушения сваи. Происходит полное исчерпание несущей способности арматуры в свае, так как второе предельное состояние (образование трещин) наступает позже первого. Расположение канатной и проволочной арматуры должно быть таким, чтобы не затруднялась работа формовочной машины во время формования.
Источники информации:
1. "Справочник проектировщика" под редакцией Г.И.Бердичевского, М. Стройиздат, 1974, стр. 385-387.
2. Патент РФ №2049856, кл. E02D 5/30, публ. 1995.12.10 (прототип).