ЗАБИВНАЯ СЕЙСМОСТОЙКАЯ СВАЯ
ASEISMIC DRIVEN PILE

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для погружения сборных железобетонных свай сплошного сечения в грунт способом забивки. Известна анкерная свая (см. авт. св. №1430464, кл. Е02D 5/54. Опубл. 1988),включающая полный ствол, нижний конец которого выполнен с прорезами, образующими поворотные лопасти, а в полости ствола установлена с замкнутой цилиндрической камерой, где размещены поршень и шток поршня пропущен через проточку в основании камеры, а соединен с массивным клином, который размещен между лопастями.  Недостатком является необходимость выполнения из металла, что дорого, а также узок диапазон использования, так как свая предназначается для заанкеривания.  Известна забивная свая (см. патент РФ №2082851 МПК Е02D 5/54, опубл. 27.06.1997), включающая ствол с раздвигающейся нижней частью и размещенным внутри последней клиновидным элементом, очертания которого повторяют внутренние очертания нижней части ствола на фиксирующие штыри.  Недостатком является низкая эксплуатационная надежность при воздействии вибрационных колебаний грунта, например землетрясения, когда сейсмические волны беспрепятственно перемещаются снизу вверх по наружной поверхности сваи, что приводит к разрушению не только самой сваи, но и конструкций сооружений, контактирующих с ней.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение сейсмостойкости зданий и сооружений, использующих забивные сваи, на которых достигается снижение концентрационного перемещения продольных сейсмических волн, за счет выполнения на внешней поверхности ствола синусоидальных попарно - вытянутых, криволинейных канавок, где в местах наибольшего сближения между собой, создаются узлы, способствующие образованию стоячих волн, приводящих к частичному гашению вибрационного воздействия грунта при землетрясениях.
Технический результат достигается тем, что забивная сейсмостойкая свая включает ствол, при этом нижняя раздвигающаяся часть ствола выполнена с тремя парами треугольных пазов на поверхности и расположенными в их зоне дополнительными хомутами и арматурными сетками, причем клиновидный элемент выполнен с нижней частью в виде четырехугольной пирамиды и снабжен двумя фиксирующими штырями на закладной детали в верхней части острия, а нижняя часть ствола снабжена трубками, одеваемыми на фиксирующие штыри, при этом на внешней поверхности ствола выполнены количеством не менее четырех, криволинейные канавки в виде синусоид, продольно вытянутых от нижней раздвигающей части вверх ствола, полости которых являются концентратами перемещающихся сейсмических колебаний, причем участки наибольшего сближения попарно расположенных, криволинейных канавок составляют узлы, вызывающие образование поперечных стоячих волн.
На фиг. 1 изображена свая, продольный разрез сваи в грунте до момента отказа; на фиг. 2 - продольный разрез сваи после забивки; на фиг. 3 - поперечный разрез нижнего конца сваи.
Забивная свая включает полнотелый железобетонный ствол 1 с раздвигающейся нижней частью и размещенными внутри нее клиновидным элементом 2. В верхней части острия клиновидного элемента имеется закладная деталь с приваренными к ней двумя металлическими фиксирующими штырями 3 по концам.   Нижняя часть клиновидного элемента имеет форму четырехугольной пирамиды, аналогичной острию типовой железобетонной сваи сплошного сечения, облегчающему забивку сваи в грунт.  Нижняя часть ствола сваи по форме повторяет верхнюю часть клиновидного элемента с углом выемки, равным углу клина.  Для фиксации ствола сваи относительно клиновидного элемента и обеспечения их совместной работы при забивке нижняя часть ствола снабжена трубками 4, надеваемыми на фиксирующие штыри 3.  Для создания концентрации напряжения в местах будущего разреза нижняя раздвигающаяся часть ствола выполнена с тремя парами треугольных пазов 5 и 6, расположенных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Для обеспечения сохранности раздвигающейся нижней части ствола при забивке до момента отказа в месте выемки расположены арматурные сетки косвенного армирования 7. Для предотвращения развития трещин в бетоне в момент разрезания в зоне треугольных пазов расположены сетки косвенного армирования 8 и хомуты 9. На внешней поверхности 10 ствола 1 выполнены количеством не менее четырех криволинейные канавки 11 в виде синусоид, продольно вытянутых от косвенного армирования нижней раздвигающейся части вверх ствола 1. Полости 12 криволинейных канавок 11 являются концентратами перемещающихся сейсмических колебаний, а места наибольшего сближения попарно расположенных криволинейных канавок 11 составляют узлы 13, вызывающие образование стоячих волн 14.
При наличии механического воздействия со сторон грунта, например при землетрясении, сейсмические волны перемещаются по внешней поверхности 10 ствола 1 забивной сваи к контактирующим с ней элементом здания и сооружения. В результате забивная свая со зданием или сооружением разрушаются. При выполнении криволинейных канавок 11 в виде синусоид, продольно вытянутых по внешней поверхности 10 ствола 1, сейсмические волны перемещаются от косвенного армирования 8 раздвигающейся нижней части снизу вверх, преимущественно концентрируясь в полостях 12, как выемках железобетонных свай из-за перераспределения напряжений, обусловленных уменьшениям поперечного сечения конструкции. Расположение криволинейных канавок 11 на внешней поверхности 10 ствола 1 в виде продольно вытянутых синусоид приводит к наличию участков наибольшего их сближения для попарно находящихся рядом полостей 12 с концентрированными сейсмическими волнами, то есть создаются узлы 13, вызывающие образование стоячих волн (см., например, Ландау Л. Д., Лившиц Е. Н. Теоретическая физика, 1986, 836 с., ил.), перпендикулярно распространяющихся с одинаковой частотой под действием вибрации. В результате того, что на пути продольно перемещающихся сейсмических волн снизу вверх по внешней поверхности 10 ствола 1 находятся узлы 13, способствующие образованию стоячих поперечных волн, наблюдается частичное гашение вибрационных воздействий на забивную сваю и соответственно на контактирующие с ней элементы здания и сооружения в виде фундамента или опор.  При размещении забивной сваи клиновидный элемент 2 опускают в предварительно подготовленную в грунте лунку так, чтобы вся нижняя часть его погрузилась. На острие элемента опускают ствол 1 сваи до их непосредственного соприкосновения, при этом фиксирующие штыри входят в трубки 4.  Затем производится забивка сваи ударным механизмом в соответствии с типовой технологической картой на забивку сборных железобетонных свай квадратного или прямоугольного сечения. После получения отказа фиксируется положение сваи относительно уровня земли и от этого уровня на свае откладывается вверх расстояние "l", учитывающее необходимый угол раздвижения нижней части сваи.  Благодаря увеличению ударной нагрузки поперечные сетки 7 не выдержат концентрации напряжения, что приведет к их разрыву. Это немедленно повлечет за собой образование трещин в вертикальных 6 и горизонтальных 5 пазах.   Благодаря наличию поперечных сеток 8 и хомутов 9 трещины будут раздвигаться только в пределах пазов. Под воздействием нагрузки нижняя часть ствола будет раздвигаться, образуя две лопасти, стремящиеся к переходу от вертикального положения к горизонтальному. Окончательное положение, которое займут лопасти, будет зависеть от величины "l" погружения сваи в грунт при забивке сверх отказа.  Оригинальность предлагаемого изобретения заключается в том, что выполнение на внешней поверхности ствола криволинейных канавок количеством не менее четырех и расположенных в виде продольно вытянутых синусоид обеспечивает повышение сейсмостойкости сооружений и зданий за счет создания участков наибольшего сближения продольно перемещающихся сейсмических волн, в которых создаются узлы, вызывающие образование стоячих волн, частично гасящих вибрационное воздействие грунта при землетрясении.