СВАЯ С ПОВЫШЕННОЙ СТОЙКОСТЬЮ К ПУЧЕНИЯМ
PILE WITH INCREASED RESISTANCE TO SWELLING

Изобретение относится к области строительства, а именно к конструкциям забивных свай для грунтов, характеризующихся наличием процесса морозного пучения грунта.
При строительстве различных объектов для сооружения фундаментов часто используются стальные сваи. При этом сечение сваи сохраняется постоянным по всей ее длине.
При устройстве фундаментов в пучинистых грунтах сваи подвергаются морозному пучению. Пучинистые грунты характеризуются тем, что при промерзании они увеличиваются в объеме, что приводит к поднятию поверхности грунта при его промерзании и опусканию его поверхности при его оттаивании. При наступлении холодов промерзание грунта происходит от поверхности грунта вглубь. При этом грунт примерзает к наружной поверхности сваи, и, при поднятии своей поверхности, тянет сваю вверх. Эта вырывающая сила называется силой морозного пучения. Величина силы морозного пучения зависит от типа грунтов и пропорциональна площади поверхности сваи, соприкасающейся с грунтом в зоне деятельного слоя грунта, т.е. в зоне слоя грунта, в котором наблюдаются сезонные промерзание и оттаивание.
Удерживается свая в грунте за счет силы трения на внешней поверхности сваи в грунте, расположенной ниже границы деятельного слоя. При этом удерживающая сила зависит от типа грунтов и пропорциональна площади поверхности сваи, соприкасающейся с грунтом в зоне ниже деятельного слоя грунта. С целью увеличения несущей способности сваи на действие вырывающих нагрузок морозного пучения длина свай выполняется достаточно большой с тем, чтобы обеспечить достаточную площадь соприкосновения с грунтом ниже деятельного слоя. В случае выполнения свай из стандартных стальных труб с целью увеличения несущей способности свай на действие вырывающих нагрузок сваи могут выполняться с винтовым анкером в ее нижней части.
Например, известна (SU №585253, E02D 5/54, опубл. 25.12.1977) свайная опора с повышенной стойкостью к пучениям, используемая в пучинистых грунтах, содержащая выполненную в пучинистом грунте скважину на глубину ниже деятельного слоя этого грунта, свая в виде стальной или железобетонной трубы, со стороны уширенного наконечника погружаемой на глубину ниже деятельного слоя пучинистого грунта.
Недостатком данной сваи является сложность ее конструктивного исполнения, ненадежность конструкции в целом, обусловленная наличием уширенного наконечника типа бетонного башмака, требующего выполнения скважины диаметром, существенно превышающем диаметр трубы сваи, и необходимости заполнения большого по объему пространства между стенкой скважины и наружной поверхностью трубы по всей ее длине. Кроме того, такая свая может забиваться в грунт, но труба выполнена тонкостенной, и башмак к ней крепится болтами. При такой конструкции усилие забивания может привести к деформации трубы, что нарушит геометрию сваи и уменьшит ее несущую способность.
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции и веса сваи и уменьшение ее заглубления в грунт для снижения объема строительно-монтажных работ и снижения стоимости сооружения фундаментов в условиях пучинистых грунтов.
Указанный технический результат достигается тем, что в свае с повышенной стойкостью к пучениям, используемой в пучинистых грунтах и представляющей собой удлиненное тело в виде стальной трубы, погружаемой на глубину ниже деятельного слоя пучинистого грунта, диаметр стальной трубы на участке высоты сваи, погружаемом на глубину ниже деятельного слоя пучинистого грунта, равен не менее 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, а уширенный наконечник выполнен в виде винтового анкера. Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На чертеже - свая в грунте.
1
В рамках настоящей заявки рассматривается свая с повышенной стойкостью к пучениям, используемая в пучинистых грунтах и представляющая собой удлиненное тело в виде стальной трубы, со стороны наконечника 1 погружаемой на глубину h ниже высоты h деятельного слоя пучинистого грунта. Диаметр стальной трубы на участке «а» 2 высоты сваи, погружаемом на глубину ниже деятельного слоя пучинистого грунта, равен не менее 219 мм и выполнен больше диаметра этой трубы на участке «б» 3 высоты сваи, погружаемом на глубину деятельного слоя пучинистого грунта и равном не менее 159 мм.
Для дополнительного повышения устойчивости сваи к пучениям наконечник 1 сваи выполняется в виде винтового анкера в ее нижней части. Сам по себе винтовой анкер вещь известная, неизвестен только винт с предлагаемой сваей разного сечения.
Предлагаемая свая, выполненная из труб разных диаметров при одинаковой со сваями одного диаметра длине, обеспечивает большую несущую способность на вырывание либо обеспечивает такую же несущую способность при меньшей длине.
Особенностью предлагаемой сваи с повышенной устойчивостью к воздействию сил морозного пучения является то, что свая в зоне деятельного слоя выполняется с меньшим внешним диаметром, а в зоне ниже деятельного слоя - с большим внешним диаметром. При таком способе выполнения сваи уменьшается площадь соприкосновения сваи с грунтом в зоне деятельного слоя, что уменьшает силу морозного пучения, и увеличивается площадь соприкосновения сваи с грунтом в зоне ниже деятельного слоя, что увеличивает несущую способность сваи на действие вырывающих нагрузок. При этом верхнюю часть сваи целесообразно выполнять из трубы диметром не менее 159 мм, т.к. труба меньшего диаметра не позволит выполнить погружение сваи путем забивки или завинчивания, а нижнюю часть сваи - из трубы следующих по величине диаметров - не менее 219 мм, т.е. диаметр трубы сваи в нижней части должен быть как минимум на один шаг размерного ряда труб больше, чем диаметр трубы сваи в верхней части.
При погружение такой сваи в грунт можно использовать лидерную скважину с диаметром, достаточным для погружения нижней части трубы. При этом между поверхностью верхней части трубы и стенками котлована образуется свободное пространство. Это пространство заполняется пучинистым грунтом из объема, выведенного наружу при образовании скважины, или непучинистым грунтом типа гравийно-песчаной смеси. При использовании других технологий сваю завинчивают за счет навивки, имеющейся на наружной поверхности нижней части трубы. Образовавшееся пространство между верхней частью трубы и стенками котлована заполняют грунтом.
Предлагаемое исполнение сваи позволяет уменьшить заглубление сваи и снизить ее вес, а следовательно, и цену сваи, и объемы строительно-монтажных работ, что существенно снижает стоимость сооружения фундаментов в условиях пучинистых грунтов.
Настоящее изобретение промышленно применимо. Эффективность применения сваи в виде ступенчатой трубы в грунтах, склонных к морозному вспучиванию, подтверждена проведенными строительными работами по формированию свайного фундамента и устройства ограждающих и ограждающе-несущих конструкций котлованов.