ФИБРОБЕТОННАЯ СВАЯ
FIBRE-CONCRETE PILE

Известны конструкции буронабивных свай с камуфлетной пятой (Р.А.Мангушев и др. Основания и фундаменты. Изд. Ассоциация строительных вузов, Москва, 2011, стр.91, рис.3.11). Свая образована полой оболочкой, которая заполняется бетонной смесью, камуфлетная полость создается в результате камуфлетного взрыва, размеры камуфлетной полости зависят от качества и вида взрывчатого вещества и свойств грунта, полость заполняется бетонной смесью, которая и образует бетонную пяту, после чего производится добетонирование сваи.
Недостатком данной конструкции является то, что применение свай указанного типа ограничивается свойствами грунтового основания, поскольку в водонасыщенных пылеватых, текучих и глинистых грунтах, а также в скальных грунтах сваи такой конструкции не могут быть применимы. Следует также отметить, что сваи указанной конструкции рассчитаны только на вертикальную нагрузку, что также ограничивает их применение в районах с оползневыми склонами или при наличии горизонтальных усилий от сооружения.
Известны также стальные винтовые сваи (Р.А.Мангушев, А.И.Осокин. Геотехника Санкт-Петербурга. Изд. Ассоциация строительных вузов, Москва, 2010, стр.237, рис.5.46). Винтовые сваи состоят из металлической трубы и винтовой лопасти, которая обеспечивает погружение сваи вращением. Достоинством винтовых свай является отсутствие земляных работ при погружении, а также отсутствие динамических и вибрационных воздействий на здания и сооружения в условиях плотной застройки.
Однако для установки таких свай требуется специальное оборудование. Следует также отметить, что винтовые сваи при установке в малой степени уплотняют грунтовое основание, что является серьезным недостатком при их использовании на слабых водонасыщенных грунтах. Также существенным недостатком является их относительно небольшая долговечность, вследствие процессов коррозии и химической агрессивности грунтовых вод.
Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату следует считать так называемые инъекторы-тампоны (Р.А.Мангушев и др. Основания и фундаменты. Изд. Ассоциация строительных вузов, Москва, 2011, стр.145-146, §4.4.6 Метод гидроразрыва, рис.4.10). Инъектор с двойным тампоном образован инъекционной трубой с отверстиями, которые в исходном положении закрыты резиновыми манжетами, разрывающимися при подаче бетонного раствора под давлением; бетонный раствор выдавливается из инъекционной трубы в грунтовое основание в заданной зоне, что обеспечивается положением двойного тампона.
С помощью указанного устройства успешно выполняются противофильтрационные завесы, глубиной до 170 метров.
Недостатком является то, что данное устройство имеет ограниченную область применения и предназначено только для создания противофильтрационных завес.
Вместе с тем, учитывая высокую технологичность устройства, представилось возможным осуществить разработку новой конструкции сваи, которая может быть предназначена не только для возведения противофильтрационных завес, но и создать несущее свайное основание, рассчитанное на различные комбинации нагрузок. Достижение указанной цели стало возможным также вследствие того, что впервые в практике фундаментостроения используется фибробетон, который прошел широкую и успешную апробацию для изготовления наземных строительных конструкций. Более того, в настоящее время разработаны и действуют ведомственные строительные нормы «Проектирование и основные положения технологий производства фибробетонных конструкций» (ВСН 56-97, Москва - 1997 г.). В указанных строительных нормах даны рекомендации по проектированию и изготовлению бетонных, железобетонных, армоцементных и сталефибробетонных конструкций.
Таким образом, в настоящее время существует возможность не только повысить прочность железобетонных конструкций в фундаментостроении, но и снизить объем армирования конструкций стержневой арматурой.
Для повышения подвижности и удобоукладываемости фибробетонной смеси в состав может быть включен какой-либо супер- или гиперпластификатор, который не только повышает пластичность раствора, но и может увеличивать конечную прочность бетона.
Следует заключить, что в настоящее время не существует конструкции сваи, которую возможно было бы эффективно использовать для устройства свайного основания, предназначенного для восприятия сложных комбинаций нагрузок (закрепление оползневых склонов, горизонтальные сейсмические нагрузки и т.п.).
Таким образом, основной целью разработки является создание конструкции сваи, которая могла бы выдерживать сложные комбинации динамических нагрузок, а при необходимости быть составной частью противофильтрационных завес.
Поставленная задача выполняется следующим образом: фибробетонная свая, образованная цилиндрической оболочкой с самораскрываемым нижним концом с отверстиями на боковой поверхности и инъектором с двумя тампонами, который помещен в цилиндрическую оболочку, отличающаяся тем, что отверстия на боковых поверхностях оболочки в исходном положении закрыты шиберами, закрепленными на поверхности оболочки шарнирами и гибкими высокопрочными связями, ограничивающими раскрытие шиберов, внутренняя полость оболочки заполняется под давлением через инъектор с двумя тампонами и двумя трубами фибробетоном, раскрывая таким образом шиберы, максимальное раскрытие которых ограничивается гибкими связями, в результате чего на внешней поверхности оболочки образуются консоли из фибробетона, армированные для восприятия нормальных напряжений шиберами и гибкой связью, а для восприятия касательных напряжений армированные фибрами в фибробетонных наполнителях.
Предлагаемая конструкция фибробетонной сваи обладает большими технологическими возможностями, так как в зависимости от прилагаемых нагрузок, условий эксплуатации свайного основания и т.п., при устройстве свайного основания может быть изменен в случае необходимости процент армирования фибробетона, может быть изменена конфигурация отверстий в оболочке сваи и таким образом могут быть сформированы консоли из фибробетона как по размерам, так и по форме.
Заполнение оболочки фибробетоном может производиться последовательно с помощью подвижного инъектора, перемещаемого от острия сваи к наголовнику. При этом на каждом уровне объем заполнения фибробетоном как оболочки, так и консолей может быть определен положением инъектора по высоте в соответствии с заранее заданной программой. Равномерное выдавливание фибробетонного раствора из оболочки в консоли может быть обеспечено высоким давлением в системе подачи бетона (до 20÷30 МПа) и в сочетании с использованием каких-либо гиперпластификаторов.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 дана общая схема фибробетонной сваи и поясняется очередность мероприятий по установке сваи в проектное положение.
Фибробетонная свая образована цилиндрической оболочкой 1, в которой в соответствии с программой работ и инженерно-геологическим разрезом прорезаны отверстия 4 необходимого размера и конфигурации; отверстия 4 закрыты шиберами 2, которые закреплены к оболочке 1 шарнирами 6, а максимальное раскрытие шибера 2 регулируется гибкой высокопрочной связью 3, внутреннее пространство оболочки 1 последовательно (снизу вверх) заполняется фибробетонной смесью 5, которая подается инвентарным инъектором, который, в свою очередь, образован инъекционными трубами 7 и 8 и двумя тампонами 9.
Работа по установке сваи производится в следующей последовательности:
- цилиндрическая оболочка 1 сваи устанавливается в грунтовое основание каким-либо известным способом (вибропогружение, статическое вдавливание и т.п.), при этом все шиберы 2, установленные на поверхности оболочки 1, закрыты, включая шиберы 2 на нижнем конце сваи;
- сверху в оболочку 1 вводится инъектор, образованный трубами 7 и 8 и двумя тампонами 9 и под давлением подается фибробетонная смесь 5.
В заключение следует отметить, что поставленные при разработке конструкции сваи задачи выполнены: конструкция сваи, за счет использования фибробетона обеспечивает повышенную прочность всех элементов конструкции, что позволит использовать фибробетонные сваи не только в качестве противофильтрационных завес, но и как несущие конструкции, рассчитанные на различные комбинации нагрузок, например, для фиксации оползневых склонов или для восприятия горизонтальных сдвиговых усилий при сейсмических колебаниях; при необходимости фибробетонные сваи возможно использовать в качестве анкерных и т.д.