СВАЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ С НЕНАПРЯГАЕМОЙ АРМАТУРОЙ
REINFORCED CONCRETE PILE WITH NON-TENSIONING FIXTURES

Изобретение относится к области строительства, в частности, к конструкции длинномерным железобетонным сваям с ненапрягаемой арматурой, подверженным статической и динамической нагрузкам, и может быть использовано при возведении фундаментов как небольших, так и тяжелых строений и преимущественно в пучинистых грунтах.
Основной особенностью пучинистых грунтов является то, что в результате кристаллизации льда они подвержены морозному пучению. В этих условиях свая подвержена сжатию и выталкиванию ее из грунта, приводящие как к деформации сваи, так и к разрушению фундамента строения. Выталкивающие силы направлены строго вверх и действуют на всю поверхность сваи, но большая ее часть приходится на конец сваи, а именно на железобетонную опору, которая не в малой степени может силам морозного пучения, препятствовать выталкиванию свай из грунта. Учитывая сказанное, при разработке свай актуальной проблемой является конструктивные решения опор железобетонных свай, прямая функция которых направлена на повышение технических и эксплуатационных показателей сваи в целом.
Известна свая для возведения фундамента в пучинистых грунтах, представляющая собой расположенный в скважине ствол в виде заполненного бетонной смесью полого вертикального и открытого по торцам короба, с покрытием и жестко присоединенным к нему кольцевой диафрагмой с опорными элементами, в нижней части, при этом максимальный размер поперечного сечения короба меньше диаметра скважины, диаметр диафрагмы равен диаметру скважины, а полости между стенками короба и скважины заполнены местным грунтом, образующим совместно с покрытием короба противопучинную оболочку (SU, №1564273, оп. 1990 г., E02D 27/34).
Недостатками такой сваи являются: сложность конструкции, высокая материалоемкость и невысокая эффективность снижения усилий свайной опоры от морозного пучения грунта.
Так же известны сваи, используемые в пучинистых грунтах, в частности, свая, включающая полый ствол, в нижней части которого смонтирован уширенный башмак с выступом, размещенным в полости ствола с зазором относительно его стенок, причем в зазоре установлен П-образный стакан, свободно объемлющий выступ башмака, а выступ башмака связан с помощью троса с наголовником сваи (SU №585253, оп. 1977 г., E02D 5/44), или свая, представляющая собой удлиненную стальную трубу, имеющую в нижней части уширенный наконечник с винтовым анкером, при этом диаметр трубы на участке высоты сваи, равен 219 мм и выполнен больше диаметра этой трубы на участке высоты сваи, погружаемом на глубину деятельного слоя пучинистого грунта и равном не менее 159 мм. (RU №2441115, оп. 2012 г.).
Недостатками указанных свай являются: сложность конструкции, ненадежность конструкции сваи в целом, наличие опоры сваи в виде уширенных наконечников, да еще с винтовым анкером, требуют выполнения скважины диаметром, существенно превышающем диаметр трубы сваи, а также необходимости заполнения большого по объему пространства между стенкой скважины и наружной поверхностью свай.
Наиболее близкой по технической сущности является свая железобетонная с ненапрягаемой арматурой, представляющая собой сборный прямоугольный пространственный каркас, состоящий из каркаса собственно сваи, образованной продольно-поперечной арматурой и пространственного каркаса конца (опоры) сваи, который при изготовлении совмещают с прямоугольным пространственным каркасом собственно сваи, при этом пространственный каркас конца сваи выполнен в виде корзины, образованной из восьми продольных стержней, направленных в сторону пространственного каркаса собственно сваи и в нем зафиксированных (патент RU №77298, оп. 2008 г., E02D 5/22).
Недостатками этой сваи являются повышенная материалоемкость и трудоемкость изготовления конструкции, обусловленные выполнением опоры в виде корзины. Кроме того, свая по прототипу имеет недостаточную жесткость, прочность и надежность конструкции, влияющие на ее долговечность. Свая по прототипу имеет ограниченное использование.
Задачей изобретения является разработка универсальной сваи, с возможностью использования в любых грунтах, имеющей повышенную эксплуатационную надежность и прочность конструкции, а также с увеличенным сроком службы.
Технические результаты предлагаемой сваи заключаются в увеличении несущей способности сваи, в снижении материалоемкости, в повышении надежности, устойчивости, прочности и долговечности.
Технические результаты достигаются тем, что в известная железобетонная свая с ненапрягаемой арматурой, включающая сборный прямоугольный пространственный каркас, состоящий из каркаса собственно сваи, образованной продольно-поперечной арматурой и каркаса конца сваи, который при изготовлении совмещают с прямоугольным пространственным каркасом собственно сваи, предложенная свая дополнительно содержит прямоугольную металлическую трубу с прямоугольным оголовком, в ее верхней части, при этом нижняя ее часть жестко соединена с верхней частью каркаса собственно сваи, каркас конца сваи при изготовлении выполнен в форме усеченного конуса, основание которого, образовано из кольца и двух скрещенных стержней, а забетонированный конец сваи выполнен в форме цилиндра круглого сечения для распределения усилия от строения на большую площадь и предотвращения вырывания силами морозного пучения.
Заявленная свая железобетонная с ненапрягаемой арматурой по заключению технической экспертизы имеет по сравнению с известными аналогичными сваями повышенные показатели в части несущей способности на вертикальную и горизонтальную нагрузку, надежности, устойчивости, прочности и долговечности.
Сущность полезной модели поясняется рисунками, на которых схематично представлена заявленная свая и где:
на фиг. 1 - прямоугольный пространственный каркас собственно сваи, образованный продольно-поперечной арматурой, каркас конца (опоры) сваи и прямоугольная металлическая труба.
на фиг. 2 - частично забетонированные каркас собственно сваи и каркас конца сваи;
на фиг. 3 - свая железобетонная свая в сборке с прямоугольной металлической трубой и оголовком;
на фиг. 4 - железобетонная свая, установленная в грунте.
Заявленная свая включает:
1 - каркас собственно сваи; 2 - продольная арматура собственно сваи; 3 - поперечная арматура собственно сваи; 4 - каркас конца сваи (форма усеченного конуса); 5 - основание каркаса конца сваи; 6 - стержни основания каркаса конца сваи; 7 - прямоугольная металлическая труба; 8 - прямоугольный оголовок; 9 - забетонированный каркас конца сваи (форма цилиндра круглого сечения).
Сваю выполняют из известных материалов.
Для армирования свай используют арматурную сталь следующих видов и классов:
- в качестве ненапрягаемой продольной арматуры 2 используют стержневую горячекатаную арматуру периодического профиля классов A300 (А-II) и А400 (А-III) по ГОСТ 5781 и диаметром стержней 10 мм;
- в качестве ненапрягаемой поперечной арматуры 3 используют арматурную сталь класса А240 (A-I) и диаметром стержней 6 мм;
- для деталей и соединительных накладок используют, как правило, прокатную углеродистую сталь класса С 38/23. Это относится к основанию 5 каркаса конца сваи и стержням 6 основания.
Для изготовления сборного прямоугольного пространственного каркаса, включающего каркас 1 собственно сваи и каркас 4 конца сваи практически необходима только стержневая арматура, что существенно упрощает организацию производства сваи и снижает энергозатраты. В тоже время повышаются надежность конструкции, прочность и долговечность за счет наличия металлической прямоугольной трубы 7, в верхней части сваи, конструкции арматуры собственно сваи, а также конструкции арматуры конца сваи в виде усеченного конуса.
Железобетонный конец сваи в форме цилиндра 9 круглого сечения (опора) служит для распределения усилия от строения на большую площадь грунта и препятствует вырыванию силами морозного пучения. Металлическая профильная (прямоугольная) труба 7 с оголовком предназначены для выполнения обвязки из швеллера либо обварки профильной трубой.
Полученный пространственный каркас сваи подготавливают для укладки в опалубку и бетонированию. При бетонировании сваи используют тяжелый или мелкозернистый бетон по ГОСТ 26633 класса по прочности на сжатие не ниже В25. В качестве крупного заполнителя для бетона применяют фракционированный щебень из естественного камня или гравия, при этом размер фракции должен быть не более 40 мм.
В заявленной бетонированной свае соотношения площадей цилиндра круглого сечения и сечения прямоугольной части сваи, равно 1:4,0-4,50, а соотношения длин металлической трубы без оголовка и сваи с опорой, равно от 1:3,60 до 1:4,90. Указанные показатели и их пределы определены по техническим чертежам и технологической документации.
Предлагаемую сваю устанавливают на ровных поверхностях (площадках). При погружении сваи в грунт можно использовать скважину с диаметром, достаточным для погружения нижней части сваи. Эксплуатация сваи допускается при расчетной температуре наружного воздуха до минус 70°С включительно и при нагревании поверхности до плюс 45°С.
Испытания опытного образа показали, что установленная заявленная свая, не восприимчива к тем процессам, которые проходят в верхних слоях грунта и даже сильное промерзание на мягких, и сильно подвижных глинах, не способно «поднять» сваю. Соответственно и строение, возведенное на таких сваях, будет стоять ровно и не покосится даже после самой холодной зимы.
Прилагаемые результаты лабораторных испытаний контрольного образца сваи на морозостойкость, проведенные ООО «ЛЕНСУДЭКСПЕРТ» показали, что долговечность сваи составляет 107 лет, что позволяет присвоить заявленной свае статус «Вековая свая°».