СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ ФУНДАМЕНТА, ФУНДАМЕНТ И СВАЯ
METHOD FOR ERECTION OF FOUNDATION, FOUNDATION AND PILE

Группа изобретений относится к строительству и может быть использована при возведении фундамента промышленных и гражданских зданий с большими вертикальными и горизонтальными нагрузками в сложных инженерно-геологических условиях, в том числе на подрабатываемых территориях.
Известен свайный фундамент [SU 912837, E02D 27/12, опубл. 15.03.82, Бюл. №10], включающий ростверк и куст наклонных, объединенных в нижней части общим уширением буроинъекционных свай.
Известен способ возведения вышеописанного свайного фундамента, включающий бурение наклонных скважин и уширения для замковых соединений по сетке колонн и диагоналям. В пробуренные скважины устанавливают каркасы и заполняют бетоном, в результате чего образуется стержневая структурная конструкция, состоящая из свай, на концах которых выполнены общие уширения. Верхние концы свай смежных кустов соединены железобетонными ростверками.
Недостатком данного способа и устройства являются повышенная трудоемкость возведения фундамента и недостаточная несущая способность фундамента в связи с расположением уширений в нижней части свай.
Известен свайный фундамент [SU 1596023 А1, E02D 27/12, 30.09.90. Бюл. №36], включающий объединенные ростверком вертикальные и наклонные сваи, причем вертикальные сваи размещены в крайнем со стороны действия горизонтальной нагрузки ряду, а в остальных рядах размещены наклонные сваи.
Недостатком данного решения является недостаточная несущая способность, поскольку используются одиночные сваи, не взаимодействующие друг с другом.
Известен фундамент резервуара [RU 2276710 С1, E02D 27/38, опубл. 20.05.2006], состоящий из плиты ростверка, объединяющего вертикальные и наклонные сваи, вертикальные сваи размещены по большому кругу у края ростверка и по малому кругу в центре ростверка, а наклонные сваи расположены попарно в вертикальной плоскости одна над другой, причем каждая пара наклонных свай, проходящая от края или центра ростверка, соединена в нижней части с вертикальной сваей малого или большого круга соответственно.
Известен способ возведения вышеуказанного фундамента резервуара, по которому предварительно бурят скважины для вертикальных свай и устанавливают в них арматурные каркасы. Затем бурят скважины под наклонные сваи и устанавливают арматурные каркасы так, чтобы продольные стержни зашли в скважину вертикальной сваи. Укладывают бетонную смесь в наклонные и вертикальные скважины. Устраивают железобетонную плиту ростверка.
Недостатком данного способа и устройства являются недостаточная несущая способность фундамента, повышенная трудоемкость и удлинение сроков возведения, поскольку необходимо выполнить бурение скважин, установку арматурных каркасов, укладку бетонной смеси в скважины и ее выдерживание до набора бетоном требуемой прочности. Необходимость использования специального оборудования для бурения и укладки бетона дополнительно усложняет выполнение работ.
Известна забивная свая [RU 2023110 С1, E02D 5/48, E02D 5/54, опубл. 15.11.1994], включающая в себя ствол с уширениями, расположенными ярусами по его высоте на расстоянии друг от друга.
Недостатком данной сваи является пониженная несущая способность вследствие малой площади опирания на грунт.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу является способ возведения свайного фундамента [SU 1004532, E02D 5/44, E02D 27/12, опубл. 15.03.83], включающий первоначальную забивку в грунт центральной сваи, снабженной уширением в нижней части. Затем последовательно или одновременно забивают противостоящие друг другу в плане боковые сваи, состоящие из шарнирно соединенных между собой верхней и нижней частей с ослабленным сечением так, чтобы нижний торец боковой сваи опирался на уширение центральной сваи и при дальнейшей забивке происходил срез ослабленного сечения с обеспечением отхода части боковой сваи от центральной.
Недостатком данного способа является трудоемкость изготовления боковых свай с шарнирным соединением и недостаточная несущая способность за счет близкого прилегания центральной и боковых свай, сокращающего рабочую площадь боковой поверхности.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому фундаменту является свайный фундамент [SU 1004532, E02D 5/44, E02D 27/12, опубл. 15.03.83], включающий центральную сваю с уширением в нижней части и прилегающие к ней составные боковые сваи, состоящие из шарнирно соединенных между собой верхней и нижней частей, причем в нижней части боковой сваи выполнено ослабленное сечение, расположенное наклонно к продольной оси.
Недостатком данного фундамента является недостаточная несущая способность из-за малой пощади опирания на грунт нижней части боковой сваи.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой свае является забивная свая [RU 2237133, С1 E02D 5/48, опубл. 27.09.04], содержащая ствол, по длине которого распределены уширения, выполненные с расширяющимися к вершине ствола коническими или пирамидальными поверхностями, причем величина угла скоса нижней поверхности уширения должна быть не менее величины угла внутреннего трения грунта.
Недостатком данной сваи является недостаточная несущая способность вследствие малой площади опирания на грунт.
Технической задачей группы изобретений является повышение несущей способности фундамента за счет увеличения площади опирания свай на грунт и снижение трудоемкости его возведения.
Сущность заявляемого способа возведения фундамента заключается в том, что аналогично прототипу способ включает последовательную забивку свай с обеспечением упора на одну из свай, при этом, по меньшей мере, одна из свай снабжена уширением. В отличие от прототипа забивку, по меньшей мере, части свай выполняют навстречу и под углом друг к другу до взаимного упора в местах уширений.
В частном случае реализации заявленного способа несколько свай забивают с обеспечением упора на одну из ранее забитых свай.
В частном случае реализации заявленного способа упомянутые уширения могут быть выполнены в виде вил. По меньшей мере, одно упомянутое уширение может быть выполнено с отверстиями.
Сваи могут быть выполнены криволинейными, при этом сваи погружают в грунт преимущественно с выпуклостью в сторону грунта основания с возможностью образования в грунте арок, вложенных одна в другую. Это повышает несущую способность за счет увеличения количества несущих элементов, а также за счет увеличения площади опирания на грунт.
Сущность заявляемого изобретения на устройство фундамента заключается в том, что аналогично прототипу фундамент включает забивную сваю с уширением и упирающиеся в нее забивные сваи, при этом, в отличие от прототипа, сваи расположены под углом друг к другу с упором в местах уширения.
Сущность заявленного изобретения на устройство сваи заключается в том, что аналогично прототипу свая содержит ствол с уширением, но в отличие от прототипа уширение сваи выполнено в виде вил с двумя, по меньшей мере, зубьями. Уширения выполняются для обеспечения контакта между сваями.
В частном случае реализации изобретения уширение сваи может быть выполнено в виде вил с тремя, по меньшей мере, зубьями, расположенными в разных плоскостях.
Между упомянутыми зубьями вил могут быть выполнены связи с возможностью их частичного смятия или разрушения. Связи выполняются, например, из стальных изогнутых пластин малого сечения, и при упоре сваи в сваю они разрушаются и сваи входят в контакт. Связи могут быть также и неразрушаемыми. В этом случае они выполняются из стальных пластин большего сечения. Связи нужны для того, чтобы зубья вил сохраняли первоначальное положение в грунте и не подвергались нагрузкам на изгиб.
Уширение может быть выполнено с тремя, по меньшей мере, зубьями, свободно соединенными канатом, который закреплен на внешних зубьях и пропущен через выполненные на средних зубьях отверстия. Это позволяет произвести опирание одновременно на два зуба или две погруженные ранее сваи с соблюдением условия равенства усилий, передаваемых на опорные элементы. Для уменьшения силы трения в отверстиях могут быть установлены ролики.
Благодаря совокупности указанных признаков увеличивается несущая способность фундамента за счет более полного использования прочности грунтового основания при снижении трудоемкости его возведения. Известно [СНиП 2.02.03-85], что несущая способность сваи равна
где R - предельное сопротивление грунта под нижним концом сваи (по данным зондирования) в рассматриваемой точке;
А - площадь опирания на грунт;
i
f - среднее значение предельного сопротивления грунта на боковой поверхности сваи (по данным зондирования) в рассматриваемой точке;
i
h - глубина погружения сваи от поверхности грунта около сваи;
u - периметр поперечного сечения ствола сваи.
В случае опирания сваи на грунт значение А равно площади поперечного сечения сваи. В случае опирания сваи на сваю значение А равно ширине сваи, умноженной на ее длину.
i
При этом свая на которую опирается другая свая, значительно увеличивает свое сопротивление трению f на боковой поверхности (см. формулу (1)) за счет увеличения сил трения, вызываемых боковым давлением последующей сваи. Таким образом, возрастает несущая способность каждой из взаимно опирающихся свай. А за счет исключения операции бурения и бетонирования снижаются трудоемкость и сроки работ.
Уширения также повышают несущую способность сваи за счет увеличения периметра поперечного сечения сваи, увеличения площади опирания сваи на грунт, а также за счет увеличения боковой поверхности сваи.
Уширения могут быть выполнены в виде крыльев, консолей, крюков и т.п., на пяте или стволе сваи. Уширения могут быть также и с отверстиями, что расширяет фактическую площадь опирания уширения на грунт.
Сущность заявляемой группы изобретений поясняется графическими материалами. На фиг.1 изображен общий вид свайного фундамента; на фиг.2 - сечение А-А свайного фундамента.
Фундамент (фиг.1) содержит забивную сваю 1, включающую в себя ствол 2 с уширением в виде вил с двумя зубьями 3 и 4 и расположенную под углом к ней сваю 5 с уширением в виде вил с тремя зубьями 6, 7, 8. Сваи 1 и 5 упираются друг в друга в месте уширения. Сваи объединены ростверком 9.
Центральный зуб 6 уширения сваи 5 (фиг.2) может быть выполнен удлиненным для выполнения роли свайного ствола с целью повышения несущей способности сваи.
Зубья 3 и 4 сваи 1 являются упором для зубьев 6, 7, 8 сваи 5 (фиг.2). При этом боковые зубья 7, 8 сваи 5 могут быть связаны с центральным зубом 6 жесткими связями. Свая 5 одновременно упирается на два зуба 3, 4 сваи 1 через посредство каната 11, пропущенного через отверстие 12 в центральном зубе 6 и закрепленного концами на боковых зубьях 7, 8, Упор через канат позволяет произвести опирание одновременно на два зуба 3, 4 сваи 1 для выравнивания усилий в каждом из них. Отверстие 12 может быть снабжено роликом для уменьшения сил трения.
Способ возведения фундамента заключается в следующем. Наклонно забивают сваю 1, а потом под углом к ней забивают сваю 5 так, что зубья 3, 4 сваи 1 входят в промежутки между зубьями 6, 7 и 6, 8 с обеспечением упора уширения свай непосредственно или через канат 11. Далее возводится ростверк 9. В частном случае реализации при погружении сваи 5 вначале в контакт со сваей 1 вступают связи 10, которые при дальнейшем погружении разрушаются от воздействия усилия забивки последующей сваи 5 в момент контакта с предыдущей сваей 1. Связи 10 нужны для того, чтобы зубья 7 и 8 сохраняли первоначальное положение в грунте и не подвергались нагрузкам на изгиб.
Свая 5 упирается в сваю 1, и поэтому ее несущая способность существенно повышается за счет возрастания площади опирания на грунт А в формуле (1).
i
Свая 1 получает значительную боковую нагрузку от давления сваи 5, и поэтому ее несущая способность существенно возрастает за счет увеличения предельного сопротивления грунта f (формула (1)) по боковой поверхности от нагрузок, передаваемых сваей 5.
Фундамент работает следующим образом.
Ростверк 9 передает нагрузки на головы свай 1 и 5. Сваи 1 и 5 упираются друг на друга через посредство зубьев и, как было отмечено выше, увеличивают несущую способность друг друга за счет увеличения площади опирания (формула 1).
Свая работает следующим образом.
На сваи 1 и 5 передается нагрузка через посредство ростверка 9. Свая 5 опирается на сваю 1 и тем самым приобретает существенно повышенную несущую способность за счет увеличенной площади опирания (формула 1). Свая 1 в свою очередь упирается в сваю 5, и по той же причине она приобретает значительно повышенную несущую способность. Таким образом, сваи в предлагаемом решении при их взаимодействии укрепляют друг друга.
Связи 10 зубьев опорных свай могут быть и неразрушаемыми, тогда свая 5 передает нагрузку на сваю 1 непосредственно через эти связи, и они должны быть достаточно прочными.
Группа изобретений обеспечивает возможность создать фундамент с высокой несущей способностью с помощью обычных строительных средств. За счет же исключения операций бурения скважин, армирования и заливки бетонной смеси, а также выдерживания до набора бетоном требуемой прочности существенно снижаются трудоемкость и сроки возведения фундаментов.