ЗАБИВНАЯ СВАЯ

Забивная свая относится к области строительства свайных фундаментов, а именно к конструкциям свай, предназначенных для использования при возведении свайных фундаментов на сезоннопромерзающих, пучинистых грунтах.
Известно множество железобетонных забивных свай, имеющих различное конструктивное оформление, способствующее удержанию грунта на боковой поверхности сваи (Патенты РФ №2024682 C1 от 15.10.1991, №2049856 C1 от 26.05.1992, №2109879 С1 от 22.01.1996, №2250304 С1 от 13.01.2004, №2023110 C1 от 26.12.1990, №2205920 C2 от 27.07.2001, свидетельства на полезные модели РФ №42234 U1 от 20.07.2004, №87176 U1 от 04.05.2009, №87177 U1 от 21.04.2009 и другие). Изобретения и полезные модели подтверждают влияние конструктивного оформления сваи на ее несущую способность под действием вертикальной нагрузки и на ее сопротивление выдавливанию в пучинистом грунте.
Так, например, когда основание площадки строительства (в пределах глубины сезонного промерзания грунта) сложено пучинистыми грунтами рекомендуется применять ромбовидные железобетонные сваи, в которых благодаря наличию сужения в верхней части уменьшается влияние сил морозного пучения грунта. Например, в свидетельстве на полезную модель РФ №42234 U1 от 20.07.2004 предложена типовая форма данного вида свай. Однако, ромбовидные сваи имеют ряд серьезных ограничений к их применению. Такие сваи допускается применять в фундаментах зданий жилых, общественных и другого назначения с погружением свай на всю глубину рабочего участка (наклона граней) в песчаных грунтах средней плотности и рыхлых, а также в глинистых грунтах полутвердой, туго-, мягко и текучепластичной консистенции. На участках с вечномерзлыми грунтами ромбовидные сваи применять не допускается. Забивка ромбовидных свай из-за больших углов наклона боковых граней, как правило, производится в скважины, предварительно пробуренные на глубину слоя мерзлого грунта диаметром не менее 0,9 наибольшего размера поперечного сечения сваи. После погружения сваи пространство между стенкой скважины и гранями сваи должно быть заполнено талым грунтом.
Другим типом забивных свай, применяемых в сезоннопромерзающих и пучинистых грунтах, являются сваи, у которых имеется развитая боковая поверхность. Причем развитие поверхности по высоте ствола сваи изменяется по линейному или периодическому закону. Так, например, в патенте РФ №2049856 C1 от 26.05.1992 заявлена свая, у которой на боковых гранях выполнены расширяющиеся и углубляющиеся к низу ствола продольные пазы.
Наиболее близким по сущности к предлагаемому техническому решению является забивная свая по патенту РФ №2024682 C1 от 15.10.1994.
Указанная свая содержит ствол с чередующимися на ее гранях выступами и выемками, выполненными в продольном сечении треугольными, и наконечник. Наконечник выполнен в виде трапецоэдра с выступающим из его основания стержнем, защемленным в канале железобетонного диска, на который оперт наконечник с выходом из диска прутков - стержней, которые образуют распорное кольцо в канале диска и расклинивают выступающий стержень.
Недостатком данного технического решения является то, что выступы и выемки на боковых гранях, имеющие треугольный профиль, являются концентраторами напряжений. Это может приводить к растрескиванию боковой поверхности сваи при ее ударном погружении в мерзлый грунт.
Кроме того, отсутствуют четкие рекомендации к размерам данных выступов и впадин.
Задачей полезной модели является создание забивной сваи, способной повысить ее несущую способность под действием вертикальной нагрузки и ее сопротивление выдавливанию в пучинистом грунте.
Задача решается за счет того, что для трех участков круглой сваи (наконечник, ствол, голова) площадь кругового сечения в зависимости от высоты сваи изменяется по определенному закону.
А именно, образующая конусного наконечника имеет наклон к вертикальной оси сваи 45°, поэтому по высоте наконечника площадь сечения определяется по формуле
,
где  - площадь сечения наконечника на высоте ;
- текущее значение высоты наконечника (0≤≤);
π - число Пи;
н
D - максимальный наружный диаметр сваи.
На боковой поверхности ствола сваи выполняется волнообразный профиль таким образом, что от основания наконечника площадь кругового поперечного сечения по высоте ствола сваи меняется по закону
,
в
где D - внутренний диаметр сваи, диаметр впадин;
- текущее значение высоты ствола сваи (0≤≤).
Площадь поперечного сечения головы сваи является постоянной величиной и определяется по формуле:
.
н
Установлено, что оптимальным соотношением между внутренним диаметром сваи Д, и максимальным наружным диаметром сваи D является
.
При соотношении <0,6 сложно обеспечить требуемую прочность железобетонной сваи и укладку в теле сваи армирующих элементов. При соотношении >0,8 заметно снижаются контактные силы сцепления рабочего профиля сваи с грунтом в зоне морозной усадки. Поэтому свая с переменным сечением ствола является эффективной при меньшем ее заглублении в мерзлый грунт.
На фиг.1 представлена конструкция предлагаемого технического решения.
Использование свай данной конструкции позволяет уменьшить длину и количество свай в фундаменте. Волнообразный профиль является к тому же своеобразным демпфером для ударных волн напряжения и позволяет снизить растрескивание боковой бетонной поверхности сваи при ее погружении в мерзлый грунт.