СПОСОБ УСТРОЙСТВА ЗАБИВНОЙ ПОЛОЙ СВАИ С УШИРЕННЫМ ОСНОВАНИЕМ
DRIVING METHOD OF DRIVEN HOLLOW PILE WITH A WIDENED BASE

Изобретение относится к области строительства, в частности к устройству свайных фундаментов из забивных (вдавливаемых) полых круглых свай с открытым нижним торцом и наружным диаметром до 600 мм, призматических квадратных свай с круглой внутренней сквозной полостью с наружным размером в поперечном сечении до 400 мм и др. преимущественно в слабых влажных и переувлажненных глинистых, а также просадочных лессовых, насыпных и т.п.грунтах, подстилаемых несущим слоем грунта с необходимыми физико-механическими характеристиками. Кроме того, предлагаемый способ может быть использован при устройстве фундаментов из пустотелых железобетонных блоков.
Известны способы устройства забивных свай с осевым отверстием -продольной полостью (RU 2386751, RU 2386748, RU 85169, SU 1032103, SU 201969, SU 855123, SU 962454, SU 592928, SU 1564267 и др.) в которых забивают сваю в грунт и формируют уширенную пяту с некоторой интерпретацией за счет раздвижных поворотных лопастей, расширяющимся наконечником - башмаком с дополнительным подъемом и погружением сваи и последующим заполнением образованной полости в нижней части сваи затвердевающим, цементным растворами и т.п.
Основными недостатками этих технических решений являются большая трудоемкость как при изготовлении свай, так и при их устройстве, а также ограниченная область применения по грунтовым условиям.
Выполненный анализ выше описанных технических решений устройства забивных свай с осевой полостью показывает, что формирование уширенных оснований связано, как правило, с достаточно высокой трудоемкостью, сложностью изготовления, низкой надежностью и длительностью изготовления, в том числе связанной с набором литой бетонной смеси или растворов требуемой прочности.
Известны также способы устройства забивной полой круглой сваи с выбуриванием и без выбуривания грунта из полости сваи после ее забивки, заполнением и без заполнения полости сваи литой бетонной смесью или грунтовым материалом, а также уплотнением поступившего грунта во внутреннюю полости сваи при ее забивке с допускаемым разрушением материала сваи в ее нижней части (Руководство по проектированию фундаментов / НИИОСП им. Н.М. Герсеванова. Госстрой СССР. М. Стройиздат, 1980. Дата последней актуализации: 01.02.2017; Кругов В.И., Тропп В.Б. Фундаменты из забивных блоков. К.:  1987. 120 с.и др.).
К недостаткам этих способов в той или иной мере следует отнести длительность устройства сваи, связанной с набором литого бетона необходимой прочности, трудоемкость (энергоемкость), относительно низкую несущую способность и некоторая неопределенность в определении ее несущей способности при нарушении ее целостности.
Более близким аналогом заявленного технического решения, является способ устройства забивной сваи с камуфлетным уширением-пятой (свая А.А. Луги), включающий погружение металлической оболочки с закрытым концом, размещение заряда ВВ в центр конической оболочки, заполнение оболочки бетонной смесью и подрыв заряда ВВ с образованием камуфлетной полости, последующим погружением арматурного каркаса и заполнением оставшейся части скважины бетонной смесью (Указания по проектированию, устройству и приемке сваи с камуфлетной пятой. РСН 130-64 и др.).
Основными недостатками этого способа являются затруднения в использовании взрывных работ в условиях городской застройки; длительность набора необходимой прочности литой бетонной смеси, низкая надежность устройства уширения-пяты из-за возможного обрушения грунта в создаваемую взрывом полость.
Наиболее близким аналогом заявленного технического решения, принятым за прототип, является способ устройства забивной полой круглой сваи с закрытым нижним концом с камуфлетным уширением-пятой, включающий погружение сваи любым способом с закрытым стальным полым наконечником с последующим заполнением полости сваи и наконечника бетонной смесью и устройством с помощью взрыва камуфлетной пяты в пределах наконечника (ГОСТ 19804.5-83 Сваи полые круглого сечения и сваи-оболочки железобетонные цельные с ненапрягаемой арматурой; ГОСТ 19804.3-80* Сваи забивные железобетонные квадратного сечения с круглой полостью; СП 24.13330.2011. Свайные фундаменты 2018 год. Последняя редакция; Руководство по проектированию свайных фундаментов / НИИОСП им. Н.М. Герсеванова Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1980 с последними дополнениями в 2017 г.и др.; СП 50-102-2003. Проектирование и устройство свайных фундаментов и др.).
Основными недостатками этого способа являются, как и в ранее приведенном, затруднения в использовании взрывных работ в условиях городской застройки, длительность набора необходимой прочности литой бетонной смеси, низкая надежность устройства уширения-пяты из-за возможного обрушения грунта в создаваемую взрывом полость и тем самым расчета несущей способности сваи.
Следует отметить, что при анализе этих и вышеописанных технических решений, не обнаружено ни одного, когда при формировании уширенного основания под открытым торцом забивных полых круглых и призматических с круглой полостью свай используется традиционная наиболее распространенная технология его устройства из втрамбованного (уплотненного) жесткого грунтового материала (щебня и т.п.).
Технической проблемой предлагаемого изобретения является устранение приведенных выше недостатков прототипа, а именно: гарантированное увеличение несущей способности полых свай, снижение трудоемкости и расширение области их применения по грунтовым условиям.
Указанный технический результат достигается способом устройства забивной полой сваи, заключающимся в том, что сваю с осевой полостью погружают в грунт основания с закрытым нижним торцом и формируют уширенное основание, при этом погружение сваи на заданную глубину осуществляют с нижним торцом, закрытым теряемым башмаком-пробойником, после чего инвентарной трубой-штангой со съемным наконечником через осевую полость сваи на расчетную глубину уширенного основания торцом съемного наконечника погружают в грунт башмак-пробойник (обычно 1,5-2,5 диаметра или размера в поперечном сечении) с образованием полости под нижним торцом сваи, затем опускают во внутреннюю полость башмака-пробойника башмак-уширитель, послойно отсыпают над ним в образованную полость и втрамбовывают жесткий грунтовый материал торцом съемного наконечника трубы-штанги до нижнего торца сваи с формированием уширенного основания, после чего добивают сваю с погружением ее торца в уширенное основание до состояния «отказа».
Технический результат, заключающийся в повышении несущей способности сваи, достигается за счет обеспечения формирования уширенного основания из жесткого грунтового материала в нижней части сваи, образованного в несущем слое грунта.
В качестве материала уширения можно использовать сыпучий грунтовый материал или экологически чистые отходы промышленных производств, близкие по гранулометрическому составу к песчаным грунтам (горелая земля, сталеплавильные шлаки и т.п.).
Для увеличения несущей способности сваи на горизонтальные и моментные нагрузки после погружения сваи в ее верхней части выполняют уширение путем втрамбовывания в грунт жесткого грунтового материала (обычно на глубину от одного до двух диаметров или размера в поперечном сечении сваи) с использованием жесткого шаблона.
Предлагаемый способ поясняется чертежами, на которых показана последовательность технологических операций устройства забивной сваи с уширенным основанием в нижней части полой сваи.
На фиг. 1 изображены погруженная на расчетную глубину, например, копровой или вдавливающей установкой в грунт основания полая свая с теряемым башмаком-пробойником и инвентарная труба-штанга со съемным наконечником для погружения башмака-пробойника и образования полости под нижним торцом сваи.
На фиг. 2 изображена погруженная на расчетную глубину полая свая и погруженный в несущий слой грунта на расчетную глубину образования уширенного основания башмак-пробойник с помощью инвентарной обсадной трубы-штанги со съемным наконечником, торец которого вставлен во внутреннюю полость башмака-пробойника.
На фиг. 3 изображен погруженный во внутреннюю полость башмака-пробойника башмак-уширитель с отсыпанным над ним жестким грунтовым материалом в увеличенном масштабе.
На фиг. 4 изображена погруженная в грунт полая свая и уширенное основание из жесткого грунтового материала, образованного съемным торцом обсадной трубы-штанги, после добивки сваи с погружением ее торца в уширенное основание и окончательным формированием уширенного основания и уплотненной зоны грунта. (На фиг. 1-4 возможная уплотненная зона грунта природного сложения условно не показана).
На чертежах приняты следующие обозначения:
1 - полая свая;
2 - башмак-пробойник с внутренней полостью и ограничительным ободом;
3 - инвентарная труба-штанга со съемным наконечником;
4 - полость под торцом сваи;
5 - башмак-уширитель;
6 - отсыпанный в полость жесткий грунтовый материал (щебень, гравий и т.п.);
7 - уширенное основание из втрамбованного жесткого грунтового материала после погружения (добивки) торца сваи в уширенное основание до «отказа».
Способ устройства забивной полой сваи с уширенным основанием осуществляют следующим образом.
Перед забивкой (погружением) сваю 1 с башмаком-пробойником 2 устанавливают на точке ее будущей забивки (погружения), например, штанговым дизель-молотом или вдавливающей установкой на заданную глубину.
Погружают башмак-пробойник 2 торцом съемного наконечника, закрепленного на трубе-штанге 3, опущенной во внутреннюю полость сваи 1, на расчетную глубину формирования уширенного основания в несущем слое грунта, обычно на 1,5-2,5 наружного диаметра или размера в поперечном сечении сваи, с образованием в нем полости 4.
Опускают через полость сваи 1 во внутреннюю полость башмака-пробойника 2 башмак-уширитель 5 лебедкой базовой машины и отсыпают над ним жесткий грунтовый материал 6 для формирования уширенного основания.
В качестве материала уширения обычно используют сыпучий грунтовый материал, такой как щебень, гравий, жесткую бетонную смесь и т.п. Также можно использовать экологически чистые отходы промышленных производств, близкие по гранулометрическому составу к песчаным грунтам (горелая земля, сталеплавильные шлаки и т.п.).
Формируют уширенное основание 7 торцом съемного наконечника до нижнего обреза сваи 1, после чего добивают сваю 1 с погружением ее торца в уширенное основание до состояния «отказа» и окончательным его формированием и уплотненной зоны окружающего его грунта природного сложения.
Углы заострения башмака-пробойника 2 принимают в интервале 30-90° (в среднем 60°), башмака-уширителя 5 - 60-90°, торца съемного наконечника трубы-штанги 3 - 120-180° или устанавливают их опытным путем.
Состояние «отказа» устанавливают, как правило, опытным путем при испытании сваи по определению ее несущей способности.
Для повышения несущей способности сваи 1 на горизонтальные и моментные нагрузки в верхней части сваи выполняют уширение из втрамбованного жесткого грунтового материала (на чертежах не показано), например, щебня, на глубину 1-2 диаметра (ширины в поперечном сечении) сваи с использованием металлического шаблона, как это описано в патенте RU 2582530 С2.
В случае необходимости для минимизации проникновения свободной воды в процессе погружения сваи 1 на верхний обрез башмака-пробойника 2 укладывают противофильтрационную прокладку, а при формировании уширенного основания 7 используют смесь из щебня и глинистого грунта по аналогии с СТО 36554501-018-2009 или применяют др. методы.
Благодаря устройству уширенного основания 7 из втрамбованного (уплотненного) жесткого грунтового материала несущая способность сваи 1 после ее добивки не только увеличивается до 2-3 раз, но и существенно расширяется область применения этих свай по грунтовым условиям, а также повышается надежность устройства уширенного основания 7.