СБОРНАЯ БЕТОННАЯ СВАЯ

Полезная модель относится к фундаментам глубокого заложения, а именно к конструкциям забивных свай.
Известны сборные железобетонные предварительно напряженные сваи с металлической проволочной или канатной арматурой без поперечного армирования /I/.
Известна конструкция сборной железобетонной сваи прямоугольного сечения, содержащей ствол из бетона класса не ниже В25 и продольную предварительно напряженную металлическую арматуру, расположенную в бетоне ствола по противоположным граням сваи с возможностью размещения ее при изготовлении сваи по безопалубочной технологии в верхней и нижней периферийных зонах. /2/
Недостатками известной конструкции являются пониженная коррозионная стойкость металлической арматуры, пониженная ударная стойкость сваи, вызванная повышенными сжимающими напряжениями от обжатия бетона преднапряженной арматурой и отсутствием поперечного и косвенного армирования, повышенный расход металла, особенно при больших длинах свай.
Технической задачей является создание сборной бетонной сваи повышенной ударной и коррозионной стойкости, пониженной материалоемкости при возможности использования стендовой технологии безопалубочного формования изделий.
Поставленная задача решается таким образом, что в сборной бетонной свае прямоугольного сечения, содержащей ствол из бетона класса не ниже В25 и продольную предварительно напряженную арматуру, расположенную в бетоне ствола по противоположным граням сваи с возможностью размещения ее при изготовлении сваи в верхней и нижней периферийных зонах, согласно полезной модели, предварительно напряженная арматура выполнена в виде ленточных жгутов или сплетенных из них канатов, состоящих из продольных длинномерных базальтовых или углеродных, или стекловолокон толщиной 5-20 мкм или нитей из них, с плотностью волокон в сечении ленточного жгута 2-10 тысяч текс и прочностью на растяжение 0,6-4,0 ГПа. Причем, на боковых гранях сваи могут быть выполнены функциональные выступы или впадины. Кроме того, свая может иметь по крайней мере одну сквозную продольную полость круглого, эллиптического или прямоугольного сечения, причем площадь сечения полости меньше площади сечения бетонного ствола сваи. Кроме того, свая может иметь, по крайней мере, одну замкнутую продольную полость круглого, или эллиптического, или прямоугольного сечения, с образованием сплошных торцов длиной не менее двух диаметров поперечного сечения сваи. Кроме того, свая может иметь поперечное сечение в виде двух двутавров с образованием сквозной продольной полости прямоугольного или эллиптического сечения. Или может иметь сечение двутавра. Кроме того, концевая часть сваи может быть выполнена с односторонним или двусторонним клиновидным заострением. Свая может иметь прямоугольное сечение с соотношением сторон 1:1-1:10. Ленточные жгуты могут быть пропитаны водосовместимым замасливателем, например, крахмалом. Кроме этого, ленточные жгуты или сплетенные из них канаты могут быть пропитаны полимерным связующим. Помимо этого, предварительно напряженная арматура может быть выполнена в виде канатов, сплетенных из жгутов, пропитанных цементным или полимерным вяжущим в растянутом состоянии после натяжения арматуры при изготовлении сваи. Свая может быть выполнена составной, из отдельных элементов свай, соединенных между собой по торцам посредством закладных деталей, размещенных по сечению сваи и зафиксированных в монтажных отверстиях. Свая дополнительно может иметь поперечную неметаллическую арматуру. Ствол сваи может быть выполнен из тяжелого или мелкозернистого бетона, или керамзитобетона, или фибробетона с минеральной или полимерной фиброй.
Предлагаемая свая отличается от известной тем, что предварительно напряженная арматура выполнена в виде ленточных жгутов или сплетенных из них канатов, состоящих из продольных длинномерных базальтовых, или углеродных или стекловолокон толщиной 5-20 мкм или нитей из них, с плотностью волокон в сечении ленточного жгута 2-10 тысяч текс и прочностью на растяжение 0,6-4,0 ГПа.
Такое выполнение неметаллического арматурного элемента технологично и не требует больших затрат для формирования элемента из непрерывных волокон, выходящих из фильер при производстве волокон. При этом использование именно волокон базальтовых или углеродных, или стекловолокна, а также их однонаправленность расположения в жгуте, обеспечивает возможность напряжения арматурного элемента до величин, достаточно близких к их прочности. При этом плотность жгута 2-10 тысяч текс обеспечивает целостность жгута и возможность его пропитки цементным раствором при бетонировании для достижения надежного сцепления с бетонной матрицей конструкции, а также возможность пропитки жгута замасливателем и полимерной композицией. При этом, после пропитки полимерной композицией такого ленточного жгута с предлагаемыми размерами и параметрами, он не становится жестким, а остается гибким длинномерным арматурным элементом, который может быть намотан на катушку, или смотан в бобины и может в таком виде транспортироваться к месту изготовлениях бетонных конструкций. Такие жгуты могут сплетаться в канаты для получения периодической поверхности и повышения технологичности при армировании изделий. Кроме того, на концах арматурного элемента и по длине могут легко выполняться или крепиться анкерные приспособления, как для фиксации натяжения, так и для улучшения сцепления арматурного элемента с бетоном конструкции.
Предлагаемый в качестве предварительно-напряженного арматурного элемента для бетонных свай жгут, или сплетенный из таких жгутов канат, является гибким неметаллическим, работающим на растяжение арматурным элементом, огнестойким, обеспечивающим повышенное сцепление с бетонной матрицей, легко анкеруемым, обладающим повышенным по сравнению с композитной арматурой модулем упругости на растяжение до 100-300 ГПа.
Указанные свойства присущи базальтоволоконным, углеволоконным, стекловолоконным ленточным жгутам, состоящим из «тонких, утолщенных и грубых» в соответствии с текстильной классификацией волокон толщиной 5-50 мкм.
На фиг.1 показано сечение сборной бетонной сваи; фиг.2, 3, 4 - то же что и на фиг.1, варианты выполнения; фиг.5 - продольный разрез сваи, вариант выполнения сваи с замкнутой полостью; фиг.6 - общий вид сваи с заостренными клиновидными концами; фиг.7 - общий вид неметаллического арматурного элемента для предварительного напряжения; фиг.8 фрагмент стыка элементов составной сваи.
Свая имеет прямоугольное сечение с соотношением сторон 1:1-1:10. Свая состоит из бетонного ствола 1 и неметаллической предварительно напряженной арматуры 2. Ствол 1 сваи может быть выполнен из тяжелого или мелкозернистого бетона, керамзитобетона или фибробетона, с полимерной или минеральной фиброй.
Предварительно напряженная арматура 2 выполнена из стекло-, базальто- или углеволоконных жгутов 3 или сплетенных из них канатов 4 (см. фиг.7). Основная особенность такой арматуры - гибкость. Жесткость на изгиб появляется в арматуре только после бетонирования изделия, за счет пропитки цементным или полимерцементным «молоком». Такая арматура не подвержена коррозии, обладает высокой прочностью на растяжение и огнестойкостью.
Арматура 2 может быть предварительно растянутой до напряжений 300-800 МПа, что обеспечивает обжатие бетона в пределах 5-10 МПа. Пониженное по сравнению с металлической арматурой предварительное напряжение повышает ударную стойкость, при этом коррозионная стойкость волоконной арматуры позволяет увеличивать предельную величину раскрытия трещин. Свая может иметь косвенную 5 и монтажную 6 арматуру, которая по расположению в сечении ствола 1 может быть наружной и внутренней. Наружная арматура 5 (продольная и/или поперечная) устанавливается для восприятия временных - монтажных и транспортных нагрузок. Наружная арматура может выполняться из композитной арматуры, т.е. из ленточного жгута или каната, пропитанного полимерным или полимерцементным вяжущим.
Свая может быть выполнена с функциональными выступами 7 и впадинами 8 на боковых гранях сваи, для увеличения боковой поверхности или для удобства стыкования соседних свай в плане фундамента (фиг.2).
Для повышения предельного сопротивления (несущей способности по грунту) свая может выполняться с развитой боковой поверхностью, например, с сечением в виде двутавра (фиг.3), а свая со сквозной полостью 9 - в виде спаренных двутавров (фиг.4).
Свая может быть выполнена со сквозной полостью 9 (фиг.4) или со сплошными торцами 10 и замкнутой полостью 11 круглого, овального, или эллиптического сечения (фиг.5). Полости позволяют уменьшить расход бетона без существенного уменьшения прочности стволов, так как устраиваются в наименее напряженном участке сечения сваи. Кроме того, для обеспечения прочности и ударостойкости, сечение полости не может быть больше сечения бетонного ствола сваи. Полости в свае могут быть по всей длине или только в средней части, т.е. свая может быть со сплошными торцами 10, с тем, чтобы не ослаблять наиболее напряженные места сваи.
Нижние концы и головы свай могут быть тупыми или заостренными. Односторонние или двусторонние клиновидные заострения 14 служат для облегчения погружения и повышения ударной стойкости за счет уменьшения динамических напряжений в бетоне ствола при забивке (фиг.6).
Свая может выполняться составной из нескольких секций отдельных бетонных свай, причем отдельные сваи соединяются между собой с помощью стыковочных закладных деталей 12, которые крепятся запрессовкой выпусков в технологические отверстия 13.
Техническим результатом изобретения является создание сборной бетонной цельной или составной предварительно напряженной сплошной или пустотной сваи из различных видов бетона с повышенной коррозионной стойкостью за счет применения неметаллической арматуры, повышенной ударной стойкостью за счет пониженного предварительного напряжения и применения наружной арматуры, пониженной материалоемкостью за счет выполнения полостей в стволе, повышенной огнестойкостью за счет применения негорючей волоконной арматуры.
Пример реализации способа изготовления изделий типа свая.
Особенностью сборных бетонных свай является различие в характере работы под эксплуатационными и монтажными нагрузками изделия (при снятии со стенда, перевозке на транспорте, подъеме на копер). Монтажные нагрузки требуют использования значительного количества продольной арматуры, которая в дальнейшей работе под эксплуатационной нагрузкой не используется. В связи с этим, некоторая часть арматуры в предлагаемой модели, в частности - монтажная, может изготавливаться из материала, разрушаемого в процессе длительной эксплуатации изделия в щелочной среде бетона, например стеклянной фибры, а также в виде наружной арматуры без защитного слоя.
На подготовленный стенд непосредственно на металлическую дорожку укладывают наружную арматуру 5 нижнего уровня для восприятия растягивающих напряжений, возникающих при погрузке и подъеме на копер, и в местах максимальных усилий возникающих при забивке сваи в голове и пяте сваи. Наружная арматура 5 снабжена отгибами для анкерования в бетоне. Затем, раскладывают и напрягают продольную арматуру 2 и производят бетонирование массива бетонной смесью.
После этого в свежеотформованное изделие погружают наружную арматуру 5, монтажные петли 6 и закладные детали верхнего уровня. После чего осуществляют тепловлажностную обработку и резку массива на изделия.
После изготовления изделия наружная арматура не имеет защитного слоя, поскольку после погружения сваи функции наружной арматуры окажутся выполненными.
Источники информации:
1. СП 133---
2. Патент РФ №74644, кл. МКИ E02D 5/30, публ. 10.07.2008 /прототип/.