Забивная свая с уширением
PRECAST PILE WITH WIDENING

Изобретение относится к области строительства, в частности к выполнению свайных фундаментов с использованием забивных свай.
Из общего объема применяемых в России свай до 80% составляют забивные. Достигаемый эффект от их использования стимулирет поиск новых прогрессивных решений свай. Учитывая, что в величине несущей способности забивных свай силы трения по грунту по боковой поверхности свай составляют в среднем лишь 20…25%, объяснимо постоянное стремление к повышению их несущей способности путем устройства уширений, увеличивающих сечение свай.
Известно решение забивной сваи, включающее оголовок ствола с уширениями, расположенными ярусами по его высоте на расстоянии друг от друга, при этом средняя площадь проекции уширений на горизонтальную плоскость, расположенных выше нижнего уширения на участке ствола не более 2/3 его высоты, превышает не менее чем в 1,2 раза площадь проекции на горизонтальную плоскость нижнего уширения. Уширения могут быть выполнены на нижних участках одной или двух боковых граней ствола, и по крайней мере две боковые грани ствола могут быть наклонными к поперечной оси ствола, а уширения расположены на наклонных гранях ствола. Кроме того, уширения могут располагаться по высоте ствола на расстоянии друг от друга (10-60)b, где b - вылет вышележащего уширения, при этом вылет нижнего уширения не превышает 1/2 диаметра ствола или ширины грани, на которой расположено уширение. (Патент РФ 2023110).
Повышение несущей способности свай с уширениями такой конструкции достигается преимущественно за счет трения грунта по боковой поверхности дискретно уширенных участков сваи, образующих по мере погружения локальные зоны уплотненного грунта. Величина сил сопротивления грунта в зоне уширений по высоте сваи неопределенна и малоэффективна. При многообразии физико-механических характеристик и мощности прорезаемых грунтов предложенные уширения не обеспечивают постоянство несущей способности сваи. В свайном поле ее величина может иметь большой разброс, что в период эксплуатации здания не гарантирует равномерность его осадок. Опалубка таких свай имеет сложную геометрию и нетехнологична в массовом производстве, при этом различные варианты расположения уширений по высоте стволов исключают возможность их унификации.
Наиболее близким известным решением по устройству уширения забивных свай является способ возведения сваи, включающий погружение забивной сваи в грунт сквозь бетонное тело буровой сваи, на глубину ниже уровня буровой сваи не менее 1 метра, при этом при устройстве буронабивной сваи в ней устраивают полость и после набора прочности бетона производят устройство забивной сваи в полости, а буровую и забивную сваи объединяют общим ростверком с помощью арматурных выпусков свай. Пространство между буронабивной и забивной сваями, согласно описанию, заполняют мелкозернистым бетоном. (Патент №2520314).
Основной недостаток известного решения связан с высокой трудоемкостью работ по выполнению уширения. Комбинированное решение сваи, связанное с использованием буровой (монолитной) технологии и технологии забивки сборных свай, а также с необходимостью заполнения монолитным бетоном зазоров по их периметру, повышает трудоемкость, организационно и технически усложняет устройство таких свай. Динамические воздействия при погружении забивной части сваи нарушают целостность бетонного тела буровой сваи, что снижает его надежность. Даже при одинаковых по размерам сваях сложность контроля их качества определяет большой разброс (до 20-30%) значений несущей способности, особенно в неустойчивых грунтах. Предложенное объединение забивной части сваи с монолитным уширением общим монолитным ростверком, выполняемое с помощью арматурных выпусков, «обрекает» на расположение уширения либо в уровне только верха сваи, что малоэффективно, либо на практически полную высоту сборной забивной части. Оба решения не оправдывают избыточные затраты на его устройство. При выполнении сваи необходимы технологические перерывы, повышающие сроки работ.
Цель изобретения - упрощение конструктивного решения и технологии устройства забивных свай с уширением, снижение их материалоемкости и трудоемкости работ по устройству уширения, повышение надежности свай и культуры производства, а также расширение области применения указанных свай. Поставленные цели достигаются совокупностью признаков, отличающихся тем, что уширение, размещенное на стволе сваи выше его острия, выполнено в виде сборной обоймы, объединенной со стволом с помощью шпоночной вставки, свободно пропущенной через формообразующий демпферный вкладыш, размещенный в стволе сваи.
На стволе забивной сваи, преимущественно в верхней части, могут быть установлены дополнительные формообразующие демпферные вкладыши, размещенные с унифицированным шагом, а также дополнительная обойма уширения.
Выполнение уширения в виде сборной обоймы упрощает конструкцию и все технологические процессы по устройству уширения, при этом заводская технология изготовления обоймы обеспечивает контроль, качество и надежность изделия. Обойму выполняют с соблюдением стандартных технологических и монтажных допусков. Она может выполняться и как цельная (объемная), и как составная из двух П-образных частей.
Размеры обоймы и ее размещение на стволе принимают исходя из анализа грунтовых условий, достигая при этом максимального эффекта увеличения несущей способности сваи.
Объединение обоймы со стволом сваи, реализуемое с помощью свободно установленной шпоночной вставки, выполненной, например, в виде металлической пластины (предпочтительно) либо в виде стандартного металлического профиля расчетного сечения, упрощает конструктивное решение и облегчает весь комплекс работ по объединению уширения со стволом. Расчет шпоночной вставки выполняют по известным правилам расчета шпонок. Антикоррозионную защиту вставки, при необходимости, выполняют известным способом либо ее расчетную толщину принимают с учетом частичной коррозии.
Установка в стволе забивной сваи формообразующего демпферного вкладыша для пропуска шпоночной вставки при забивке сваи снижает жесткость удара и контактные напряжения в бетоне в зоне установки шпоночной вставки, что обеспечивает целостность бетона. Вкладыш выполняют коробчатого сечения, например, из древесины твердых пород. Для беспрепятственного заведения и установки шпоночной вставки размеры полости вкладыша принимают с учетом монтажных допусков.
Установка в стволе дополнительных формообразующих демпферных вкладышей и их размещение с унифицированным шагом позволяет в процессе забивки свай, с учетом сложности грунтовых условий, варьировать размещение обоймы уширения по высоте ствола, обеспечивая при этом максимальный эффект ее использования. При поточном заводском производстве изготовление стволов с унифицированным расположением вкладышей дает возможность унификации комплектующих изделий и номенклатурного ряда стволов.
Размещение на стволе сваи дополнительной обоймы уширения, преимущественно в верхней части, обеспечивает возможность передачи на ствол значительных, например, сейсмических горизонтальных нагрузок. В зданиях с холодным подпольем обойма может использоваться в качестве оголовка, например, для опирания балочных конструкций ростверка.
Изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами.
Фиг. 1 - общий вид забивной сваи без дополнительного уширения.
Фиг. 2 - вид по 1-1 на фиг. 1.
Фиг. 3 - общий вид забивной сваи с дополнительным уширением.
Фиг. 4. - сечение 2-2 на фиг. 1, 3.
Размер «с» на фиг. 1, 2 - унифицированный по высоте ствола шаг установки формообразующих демпферных вкладышей. Размер «d» на фиг. 1…3 - минимальный размер, определяющий расположение обоймы уширения от острия ствола, принимаемый при заглублении ствола:
L
- в крупнообломочные, гравелистые, крупные и средней крупности песчаные, пылевато-глинистые грунты с показателем текучести I≤0,1 - не менее 0,5 м,
- в прочие нескальные грунты - не менее 1,0 м,
L
- в пылевато-глинистые грунты с показателем текучести I=0,6 и более - не менее 2 м.
Конструктивное решение сваи с уширением ствола разработано для условий ее работы как «висячей» сваи.
Предлагаемая свая включает цельный сборный железобетонный ствол 1 и объединенную с ним с помощью шпоночной вставки 2 обойму уширения 3. Габариты обоймы устанавливают проектными требованиями. Для пропуска вставки 2 через ствол 1 в его теле установлен формообразующий демпферный вкладыш 4. Для выемки из формы и транспортировки ствола 1 в нем установлены, например, монтажные петли или рым-болты 5, имеющие вывинчиваемые петли. Обойма уширения 3 снабжена монтажными петлями 6. Размеры полости в обойме принимают с соблюдением стандартных допусков на изготовление и установку в них ствола 1 и шпоночной вставки 2. На стволе 1 могут быть установлены с унифицированным шагом дополнительные демпферные вкладыши 4 и дополнительная обойма уширения 3.
Погружение забивной сваи, представленной на фиг. 1, выполняют следующим образом.
После выполнения подготовительных работ размечают и фиксируют в соответствии с проектом оси сваи. По размеченным осям на выровненное основание с помощью копра устанавливают в проектное положение обойму уширения 3. Ее вертикальность и монтажную устойчивость обеспечивают известным способом, например, с использованием монтажного кондуктора или временных распорок. В полость устойчиво раскрепленной обоймы 3 свободно заводят и опускают ствол 1, при этом его проектное положение обеспечивается обоймой. До подъема ствола 1 на копер нижнюю монтажную петлю или петлю рым-болта 5 соответственно срезают или вывинчивают. После снятия кондуктора или временных распорок с обоймы 3 производят забивку ствола 1 на глубину на 5…10 см выше проектного расположения на стволе верха обоймы уширения 3, после чего забивку приостанавливают и через формообразующий демпферный вкладыш 4 в стволе 1 свободно пропускают шпоночную вставку 2. При необходимости, в монтажных зазорах вкладыша 4 выполняют подклинку вставки 2 в пределах, обеспечивающих соответствие опорных плоскостей вставки 2 и обоймы уширения 3. После визуальной проверки правильности установки шпоночной вставки 2 производят дальнейшую забивку сваи до достижения ею контрольного отказа. Первые 1…1.5 м забивку выполняют в щадящем режиме. Устойчивость и целостность ствола 1 в процессе забивки обеспечивается его прочностью и жесткостью. При необходимости, по результатам забивки выполняют контрольные статические испытания.
Предлагаемое решение по устройству уширения забивных свай применимо для известных типовых сборных железобетонных свай, выполняемых без напрягаемой арматуры. Конструкция обоймы имеет заводскую гарантию качества. Технология работ по ее установке на стволе максимально проста и обеспечивает возможность визуального контроля.
Конструктивное решение предлагаемой забивной сваи и достигаемый технический и экономический результат обеспечивают его высокую конкурентоспособность, при этом устройство обоймы уширения в виде отдельного сборного элемента не нарушает традиционную технологию изготовления и оснастку типовых цельных свай, принятых, например, по серии 1.011.1-10 строительного Каталога РФ.
Использование свай предлагаемой конструкции ограничивает или исключает применение дорогостоящих составных свай равноценной несущей способности.
При забивке свай с уширением вблизи аварийных строений, в стесненных условиях плотной городской и промышленной застройки, а также в непосредственной близости от существующих фундаментов могут использоваться известные щадящие методы погружения свай, например метод вдавливания или использование при забивке лидерного бурения скважин, снижающие динамические воздействия (вибрации) на окружающую застройку.
По сравнению с решениями свайных фундаментов с использованием типовых цельных и составных забивных свай материалоемкость предложенных свай, при их равной несущей способности и деформативности, в 2 и более раза меньше, что обеспечивает экономическую целесообразность их широкого применения. Отсутствие «мокрых» процессов при устройстве уширения свай, выполненном в виде сборной конструкции, повышает надежность свайных фундаментов и культуру производства работ.