СВАЯ И СПОСОБ ЕЕ ВОЗВЕДЕНИЯ
PILE, AND ITS ERECTION METHOD

Изобретение относится к строительству, в частности к конструкциям бурозабивных сборно-монолитных свай, предназначенных для устройства свайных фундаментов, и способам возведения таких свай.
Известны конструкция буронабивной составной сваи и способ ее возведения, описанные в патенте СССР №1794995 на изобретение «Свая», по классу E02D 5/50, заявленном 06.08.1990 года и опубликованном 15.02.1993 года.
Известная свая имеет ствол, выполненный составным из чередующихся полых цилиндрических свайных элементов и уширений, нижний элемент выполнен закрытым снизу с арматурными выпусками в верхней части, а каждый из остальных - с арматурными выпусками в верхней и нижней частях и внутренними скосами на нижних торцах, причем арматурные выпуски элементов заведены в уширения, а ствол в верхней части снабжен участком постоянного сечения из монолитного железобетона.
Известный способ возведения составной сваи включает бурение при необходимости скважины, в которую погружают первый нижний свайный элемент, подачу в скважину бетонной смеси, погружение в скважину следующего второго свайного элемента и формирование с помощью внутренних скосов на его нижних торцах уширения из поданной ранее бетонной смеси с расположением арматурных выпусков нижнего и следующего свайных элементов внутри уширения, после чего производят попеременную подачу в скважину бетонной смеси и погружение в нее третьего и последующих свайных элементов с формированием с помощью внутренних скосов на их нижних торцах уширений из поданной перед ними бетонной смеси до достижения необходимой длины сваи, затем формируют верхний участок ствола сваи из монолитного железобетона.
Недостатками описанной выше сваи являются недостаточная несущая способность и ее дороговизна, обусловленные недостаточной силой сцепления между боковой поверхностью сваи и грунтом, сложностью и большими затратами бетона при ее возведении.
Недостатками описанного выше способа являются недостаточная несущая способность возведенной с его помощью сваи и ее дороговизна, обусловленные невозможностью с помощью известного способа обеспечить качественное формирование из бетонной смеси уширений ствола сваи и заполнение бетонной смесью внутренних полостей цилиндрических свайных элементов, достаточную прочность окружающего сваю грунта и силу сцепления между боковой поверхностью сваи и грунтом, а также сложностью процесса и большими затратами бетонной смеси при возведении сваи.
Задачей заявляемого изобретения является повышение несущей способности и снижение стоимости полученной с помощью заявляемого способа сваи.
Техническим результатом, позволяющим решить указанную задачу, является повышение прочности окружающего сваю грунта, увеличение силы сцепления между боковой поверхностью сваи и грунтом, упрощение процесса возведения и снижение материалоемкости возводимой сваи.
Указанный результат достигается следующим.
1. В известной свае, имеющей ствол, состоящий из свайных элементов с арматурными выпусками в их нижней части, согласно изобретению, ствол из свайных элементов окружен внешней оболочкой, состоящей из слоя уплотненного грунта с грунтоукрепляющей добавкой, каждый свайный элемент имеет цилиндрическую среднюю часть, верхнюю и нижнюю части в виде усеченных конусов, большими основаниями которых являются основания цилиндрической части свайного элемента, при этом меньшее основание верхнего конуса является верхним основанием свайного элемента, а меньшее основание нижнего конуса является нижним основанием свайного элемента, причем угол наклона образующей верхнего конуса к плоскости его большего основания составляет 45-60°, угол наклона образующей нижнего конуса к плоскости его большего основания составляет 65-75°, нижнее основание свайного элемента снабжено цилиндрическим выступом, диаметр которого равен диаметру верхнего основания свайного элемента, и арматурными выпусками, одни концы которых жестко закреплены в теле свайного элемента по окружности вокруг цилиндрического выступа, а другие, загнутые наружу под углом относительно оси свайного элемента, расположены во внешней оболочке сваи.
2. В свае по п.1, согласно изобретению, высота цилиндрического выступа на нижнем основании свайного элемента равна 1,3-1,5 диаметра арматурного выпуска.
3. В свае по п.1, согласно изобретению, верхнее основание свайного элемента снабжено металлической монтажной петлей.
4. В свае по п.2, согласно изобретению, в цилиндрическом выступе на нижнем основании свайного элемента выполнено углубление для размещения монтажной петли.
5. В свае по п.1, согласно изобретению, глубина заделки арматурных выпусков равна 20-50 см.
6. В свае по п.1, согласно изобретению, длина выступающей из тела свайного элемента части арматурного выпуска составляет 2,0-3,0 диаметра цилиндрической части свайного элемента.
7. В известном способе возведения сваи, включающем бурение скважины и последовательное погружение в нее свайных элементов, согласно изобретению, предварительно пробуренную в грунте скважину заполняют грунтоукрепляющим раствором и погружают в нее до необходимой глубины посредством динамического воздействия первый свайный элемент, затем снова заполняют скважину грунтоукрепляющим раствором и осуществляют посредством динамического воздействия погружение второго свайного элемента до установки на первый, после чего снова производят заполнение скважины грунтоукрепляющим раствором и погружение в нее третьего и последующих свайных элементов до достижения необходимой длины сваи с заполнением скважины грунтоукрепляющим раствором перед погружением каждого свайного элемента.
8. В способе возведения сваи по п.7, согласно изобретению, диаметр пробуренной скважины равен 0,8-0,9 диаметра цилиндрической части свайного элемента.
9. В способе возведения сваи по п.7, согласно изобретению, пробуренную скважину заполняют глиноцементным водным раствором.
10. В способе возведения сваи по п.7, согласно изобретению, последовательное погружение в скважину свайных элементов производят с помощью погружающего приспособления, представляющего собой толстостенную металлическую трубу с наголовником, имеющим наружный диаметр, равный диаметру пробуренной скважины.
Создание вокруг ствола из свайных элементов внешней оболочки, состоящей из слоя уплотненного грунта с грунтоукрепляющей добавкой, выполнение каждого свайного элемента имеющим цилиндрическую среднюю часть, верхнюю и нижнюю части в виде усеченных конусов, большими основаниями которых являются основания цилиндрической части свайного элемента, при этом меньшее основание верхнего конуса является верхним основанием свайного элемента, а меньшее основание нижнего конуса является нижним основанием свайного элемента, причем угол наклона образующей верхнего конуса к плоскости его большего основания составляет 45-60°, угол наклона образующей нижнего конуса к плоскости его большего основания составляет 65-75°, снабжение нижнего основания свайного элемента цилиндрическим выступом, диаметр которого равен диаметру верхнего основания свайного элемента, и арматурными выпусками, одни концы которых жестко закреплены в теле свайного элемента по окружности вокруг цилиндрического выступа, а другие, загнутые наружу под углом относительно оси свайного элемента, расположены во внешней оболочке сваи, дает возможность повышения прочности окружающего сваю грунта и увеличения силы сцепления между боковой поверхностью сваи и грунтом за счет размещения сваи в уплотненном грунтовом основании, дополнительно закрепленном грунтоукрепляющей добавкой, а также проникновения в слои грунтового основания арматурных выпусков, увеличивающих общую площадь опирания сваи на грунт и обеспечивающих распределение нагрузки на сваю на больших площадях как по вертикали, так и по горизонтали, упрощение процесса возведения и снижение материалоемкости возводимой сваи за счет экономии металла и бетона при возведении сваи с высокой несущей способностью. Все это позволяет повысить несущую способность и снизить стоимость заявляемой сваи.
При этом высота цилиндрического выступа на нижнем основании свайного элемента может быть равна 1,3-1,5 диаметра арматурного выпуска.
При этом верхнее основание свайного элемента может быть снабжено металлической монтажной петлей, а в цилиндрическом выступе на нижнем основании свайного элемента может быть выполнено углубление для размещения монтажной петли.
При этом глубина заделки арматурных выпусков может быть равной 20-50 см.
При этом длина выступающей из тела свайного элемента части арматурного выпуска может составлять 2,0-3,0 диаметра цилиндрической части свайного элемента.
Предварительное бурение скважины в грунте, заполнение ее грунтоукрепляющим раствором и погружение в скважину до необходимой глубины посредством динамического воздействия первого свайного элемента, повторное заполнение скважины грунтоукрепляющим раствором и осуществление посредством динамического воздействия погружения второго свайного элемента до установки на первый, снова заполнение скважины грунтоукрепляющим раствором и погружение в нее третьего и последующих свайных элементов до достижения необходимой длины сваи с заполнением скважины грунтоукрепляющим раствором перед погружением каждого свайного элемента позволяют повысить прочность окружающего сваю грунта и увеличить силы сцепления между боковой поверхностью сваи и грунтом за счет размещения сваи в уплотненном грунтовом основании, дополнительно закрепленном грунтоукрепляющей добавкой, а также проникновения в слои грунтового основания арматурных выпусков, увеличивающих общую площадь опирания сваи на грунт и обеспечивающих распределение нагрузки на сваю на больших площадях как по вертикали, так и по горизонтали, упростить процесс возведения и снизить материалоемкость возводимой сваи за счет экономии металла и бетона при возведении сваи с высокой несущей способностью, что дает возможность повысить несущую способность и снизить стоимость заявляемой сваи.
При этом диаметр пробуренной скважины может быть равен 0,8-0,9 диаметра цилиндрической части свайного элемента.
При этом пробуренная скважина может быть заполнена глиноцементным водным раствором.
При этом последовательное погружение в скважину свайных элементов могут производить с помощью погружающего приспособления, представляющего собой толстостенную металлическую трубу с наголовником, имеющим наружный диаметр, равный диаметру пробуренной скважины.
Заявляемая свая обладает новизной по сравнению с прототипом, отличаясь от него тем, что
1) ствол из свайных элементов окружен внешней оболочкой, состоящей из слоя уплотненного грунта с грунтоукрепляющей добавкой, каждый свайный элемент имеет цилиндрическую среднюю часть, верхнюю и нижнюю части в виде усеченных конусов, большими основаниями которых являются основания цилиндрической части свайного элемента, при этом меньшее основание верхнего конуса является верхним основанием свайного элемента, а меньшее основание нижнего конуса является нижним основанием свайного элемента, причем угол наклона образующей верхнего конуса к плоскости его большего основания составляет 45-60°, угол наклона образующей нижнего конуса к плоскости его большего основания составляет 65-75°, нижнее основание свайного элемента снабжено цилиндрическим выступом, диаметр которого равен диаметру верхнего основания свайного элемента, и арматурными выпусками, одни концы которых жестко закреплены в теле свайного элемента по окружности вокруг цилиндрического выступа, а другие, загнутые наружу под углом относительно оси свайного элемента, расположены во внешней оболочке сваи,
2) высота цилиндрического выступа на нижнем основании свайного элемента равна 1,3-1,5 диаметра арматурного выпуска,
3) верхнее основание свайного элемента снабжено металлической монтажной петлей,
4) в цилиндрическом выступе на нижнем основании свайного элемента выполнено углубление для размещения монтажной петли,
5) глубина заделки арматурных выпусков равна 20-50 см,
6) длина выступающей из тела свайного элемента части арматурного выпуска составляет 2,0-3,0 диаметра цилиндрической части свайного элемента.
Заявляемый способ возведения сваи обладает новизной по сравнению с прототипом, отличаясь от него тем, что
1) предварительно пробуренную в грунте скважину заполняют грунтоукрепляющим раствором и погружают в нее до необходимой глубины посредством динамического воздействия первый свайный элемент, затем снова заполняют скважину грунтоукрепляющим раствором и осуществляют посредством динамического воздействия погружение второго свайного элемента до установки на первый, после чего снова производят заполнение скважины грунтоукрепляющим раствором и погружение в нее третьего и последующих свайных элементов до достижения необходимой длины сваи с заполнением скважины грунтоукрепляющим раствором перед погружением каждого свайного элемента,
2) диаметр пробуренной скважины равен 0,8-0,9 диаметра цилиндрической части свайного элемента,
3) пробуренную скважину заполняют глиноцементным водным раствором,
4) последовательное погружение в скважину свайных элементов производят с помощью погружающего приспособления, представляющего собой толстостенную металлическую трубу с наголовником, имеющим наружный диаметр, равный диаметру пробуренной скважины.
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 возведения могут найти широкое применение в строительстве, в частности в конструкциях бурозабивных сборно-монолитных 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 повысить прочность окружающего сваю грунта, увеличить силы сцепления между боковой поверхностью сваи и грунтом, упростить процесс возведения и снизить материалоемкость возводимой сваи, и заключается в том, что предварительно пробуренную в грунте скважину с диаметром, составляющим 0,8-0,9 диаметра цилиндрической части свайного элемента, заполняют грунтоукрепляющим глиноцементным водным раствором и погружают в нее с помощью погружающего приспособления, представляющего собой толстостенную металлическую трубу с наголовником, имеющим наружный диаметр, равный диаметру пробуренной скважины, до необходимой глубины посредством динамического воздействия первый свайный элемент, затем снова заполняют скважину грунтоукрепляющим раствором и осуществляют посредством динамического воздействия погружение второго свайного элемента до установки на первый, после чего снова производят заполнение скважины грунтоукрепляющим раствором и погружение в нее третьего и последующих свайных элементов до достижения необходимой длины сваи.
Заявляемая свая, возводимая с использованием заявляемого способа, иллюстрируется чертежами, где представлено следующее.
Фиг.1. Общий вид заявляемой сваи с разрезом.
Фиг.2. Общий вид свайного элемента с частичным разрезом.
Фиг.3. Погружение в скважину первого свайного элемента.
Фиг.4. Погружение в скважину второго свайного элемента.
Фиг.5. Погружение в скважину третьего свайного элемента.
Свая, представленная на чертеже (см. Фиг.1), содержит ствол, состоящий из свайных элементов 1 с арматурными выпусками 2 в нижней части элементов 1. Ствол окружен внешней оболочкой 3, состоящей из слоя уплотненного грунта с глиноцементной грунтоукрепляющей добавкой.
Каждый свайный элемент 1 (см. Фиг.1, 2) имеет цилиндрическую среднюю 4 часть с диаметром равным 50 см, нижнюю 5 и верхнюю 6 части в виде усеченных конусов, большими основаниями которых являются основания цилиндрической средней 4 части свайного элемента 1. Высота свайного элемента 1 составляет 90 см (может быть в пределах 80-100 см).
Угол наклона образующей конуса верхней 6 части элемента 1 к плоскости его большего основания составляет 52°, но может быть в интервале от 45° до 60° с достижением того же технического результата, угол наклона образующей конуса нижней части 5 элемента 1 к плоскости его большего основания составляет 70°, но может быть с достижением такого же технического результата в пределах от 65° до 75°.
Меньшее основание верхнего конуса является верхним основанием свайного элемента 1, а меньшее основание нижнего конуса является нижним основанием свайного элемента 1. Верхнее основание свайного элемента 1 снабжено металлической монтажной петлей 7. Нижнее основание свайного элемента 1 снабжено цилиндрическим выступом 8, диаметр которого равен диаметру верхнего основания свайного элемента 1, а высота равна 1,4 (может быть в интервале 1,3-1,5) диаметра арматурного выпуска 2. В цилиндрическом выступе 8 на нижнем основании свайного элемента 1 выполнено углубление 9 для размещения монтажной петли 7.
В нижнем основании свайного элемента 1 по окружности вокруг цилиндрического выступа 8 жестко закреплены арматурные выпуски 2 с глубиной заделки их концов равной 35 см (может быть в интервале 20-50 см с достижением такого же технического результата). Другие (внешние) концы арматурных выпусков 2 в исходном состоянии до установки свайного элемента 1 в скважину направлены вдоль оси элемента 1, а в готовой свае загнуты наружу под углом относительно оси свайного элемента 1 и расположены во внешней оболочке 3 сваи. Длина выступающих из тела свайного элемента частей арматурных выпусков составляет 2,5 (может 2,0-3,0) диаметра цилиндрической части свайного элемента 1.
Заявляемый способ возведения сваи реализуют с помощью известных и широко применяемых в данной отрасли устройств и приспособлений. Возведение заявляемой сваи и реализацию тем самым заявляемого способа ее возведения осуществляют следующим образом.
Предварительно бурят в грунте скважину необходимой глубины, равной длине ствола сваи, с диаметром, составляющим 0,85 (можно от 0,8 до 0,9) диаметра цилиндрической части 4 свайного элемента 1. Заполняют скважину грунтоукрепляющим глиноцементным водным раствором, который проникает в боковые стенки и дно скважины. Поднимают первый свайный элемент 1 за металлическую монтажную петлю 7 и устанавливают нижней 5 конусообразной частью в отверстие скважины (см. Фиг.3).
С помощью динамического воздействия ударов молота (на чертежах не показан) по погружающему приспособлению (на чертежах не показано), представляющему собой толстостенную металлическую трубу с наголовником с наружным диаметром, равным диаметру пробуренной скважины, в нее погружают первый свайный элемент 1. При прохождении под ударами молота свайного элемента 1 по скважине происходит увеличение ее диаметра и динамическое уплотнение грунта боковых стенок скважины, а глиноцементный раствор в качестве смазки облегчает движение элемента 1.
Вместе с этим свайный элемент 1, двигаясь по скважине, как поршень по цилиндру, создает в ней избыточное давление глиноцементного водного раствора, который интенсивнее проникает в окружающий скважину грунт, вытесняя и замещая воздух из его пор. При достижении свайным элементом 1 необходимой глубины арматурные выпуски 2 его нижней 5 части на всю длину проникают в пропитанный глиноцементным водным раствором грунт дна скважины.
После этого извлекают погружающее приспособление из скважины, снова заполняют ее глиноцементным водным раствором и устанавливают нижней 5 конусообразной частью в отверстие скважины второй свайный элемент 1 (см. Фиг.4). Затем посредством динамического воздействия через погружающее приспособление осуществляют погружение второго свайного элемента 1 до установки на первый. При достижении арматурными выпусками 2 второго свайного элемента 1 конусной поверхности верхней 6 части первого свайного элемента 1 происходит их скольжение по конусной поверхности, загиб наружу под углом относительно оси свайного элемента 1 и проникновение в грунтовые стенки скважины, пропитанные глиноцементным водным раствором. После окончательной установки цилиндрического выступа 8 нижнего основания второго свайного элемента 1 на верхнее основание первого свайного элемента 1 металлическая монтажная петля 7 первого элемента 1 входит в углубление 9 в выступе 8 на нижнем основании второго элемента 1, а его арматурные выпуски 2 загнуты наружу вдоль конусной поверхности верхней 6 части первого элемента 1 и заглублены в грунтовые стенки скважины.
Затем извлекают погружающее приспособление из скважины, снова заполняют ее глиноцементным водным раствором и устанавливают нижней 5 конусообразной частью в отверстие скважины третий свайный элемент 1 (см. Фиг.5), после чего осуществляют погружение в нее третьего и аналогично вышеописанному четвертого и последующих свайных элементов 1 до достижения необходимой длины сваи с заполнением скважины глиноцементным водным раствором перед погружением каждого свайного элемента 1.
По достижении необходимой длины сваи на последнем свайном элементе 1 сверху формируют монолитный бетонный оголовок 10. После набора прочности окружающей ствол внешней оболочкой 3, состоящей из слоя уплотненного грунта с глиноцементной грунтоукрепляющей добавкой, свая пригодна к эксплуатации в составе фундамента.
Заявляемые свая и способ ее изготовления по сравнению с прототипом обеспечивают повышение прочности окружающего сваю грунта, увеличение силы сцепления между боковой поверхностью сваи и грунтом, упрощение процесса возведения и снижение материалоемкости возводимой сваи.