СВАЯ-ОБОЛОЧКА С ЗАДАННОЙ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТЬЮ
SHELL PILE WITH SPECIFIED BEARING CAPACITY

Область техники (использование): в области строительства, в частности - при строительстве мостов, мостовых переходов, портовых гидротехнических, оградительных и берегоукрепительных сооружений свайного типа, а также свайные конструкции для ледостойких сооружений морских нефтепромыслов.
Уровень техники (аналоги и прототип):
Известна железобетонная свая-оболочка /1/, состоящая из нескольких секций длиной 6-8 метров, соединяемых по мере погружения с помощью болтовых стыков.
Известна также металлическая свая-оболочка /2/, состоящая из нескольких секций длиной до 12 метров, соединяемых по мере погружения с помощью электросварных стыков.
Однако вышеуказанные сваи-оболочки при погружении не могут формировать уплотненную зону грунта под острием, теряя при этом, в зависимости от грунтовых условий, до 60-80% несущей способности.
Сущность изобретения.
Свая-оболочка с заданной несущей способностью содержит во внутренней полости диафрагму в виде усеченного конуса, закрепленную на расчетной длине, считая от острия сваи. Диафрагма должна быть ориентирована конусом в сторону головы сваи, причем усеченная часть конуса должна быть открыта для свободного выхода при погружении воздуха или воды.
Причем длина сваи от острия до диафрагмы зависит от начальной плотности грунта и учитывает увеличение плотности грунта, находящегося в полости в процессе погружения сваи-оболочки на проектную отметку.
Технический результат.
Значительное увеличение несущей способности за счет формирования уплотненной зоны грунта у острия сваи-оболочки и учет расчетного сопротивления по грунту по площади сечения - брутто.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является свая-оболочка, включающая полый сборный из металлических или железобетонных секций ствол.
Недостатком свай-оболочек является в отсутствие в уровне ее острия уплотненной зоны грунта, а несущая способность по острию значительно снижена, так как расчетное сопротивление по грунту учитывается только по площади сечения - нетто /2/.
Задачей, на решение которой направлено техническое решение, является значительное увеличение несущей способности сваи-оболочки за счет устройства в ее полости диафрагмы.
Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в том, что при погружении сваи-оболочки грунт между диафрагмой и острием начинает уплотняться. Увеличение плотности грунта внутри полости вызовет формирование уплотненной зоны грунта у ее острия, чего не было у сваи-оболочки без диафрагмы.
Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналога и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.
Признак «… внутри полости устроена диафрагма … позволяет грунту, размещенный во внутренней полости сваи-оболочки, менять свою структуру. При погружении сваи-оболочки грунт сжимается между диафрагмой и острием, тем самым автоматически сначала создает грунтовую пробку внутри оболочки, а затем уплотненную зону грунта в уровне острия».
Конструктивное выполнение.
На фиг.1 приведено техническое решение сваи-оболочки. Свая-оболочка состоит из двух секций (1, 2), в области соединения которых установлена диафрагма (3).
Работа сваи-оболочки.
Свая-оболочка работает с окружающим грунтом основания следующим образом.
Свая-оболочка, фиг.2, снабженная диафрагмой (3), при погружении свободно проходит через толщу воды (9). Воздушная пробка между диафрагмой и водной поверхностью не образуется по причине открытой верхней части усеченного конуса диафрагмы. При этом свая-оболочка работает с грунтом основания (10) только внутренней и внешней боковой поверхностями и площадью острия (нетто).
При дальнейшем погружении сваи-оболочки, фиг.1, вся вода, расположенная между диафрагмой и поверхностью грунта, свободно переливается через отверстие в верхней части усеченного конуса до момента касания всей площади поверхности диафрагмы с грунтом основания.
В процессе дальнейшего погружения сваи-оболочки грунт под нижней поверхностью диафрагмы начнет уплотняться, формируя внутри оболочки плотное ядро (4), от поверхности которого по плоскостям скольжения (6) грунтовая масса также уплотнится, тем самым формируя грунтовую пробку и плотное ядро (5) у острия сваи-оболочки. При дальнейшем погружении сваи грунт, находящийся в области острия начинает двигаться по плоскостям скольжения (7), формируя объемную уплотненную зону грунта (8). С формированием уплотненной зоны грунта у острия дальнейшее погружение сваи-оболочки станет невозможным из-за быстрого нарастания сопротивления уплотненного грунта по острию.
В этом случае несущая способность сваи-оболочки, фиг.1, будет состоять из двух составляющих - несущей способности по острию с площадью поперечного сечения (брутто) и по боковой поверхности. При этом обеспечивается повышенная, на 40-60%, несущая способность.
Экономия материала и трудозатрат составит не менее 50%.
1. Сваи в гидротехническом строительстве. В.Г.Федоровский, С.Н.Левачев, С.В.Курилло, Ю.М.Колесников, Учебное пособие. - М., Издательство АСВ, с.18 (прототип).
2. Руководство по проектированию свайных фундаментов. НИИОСП им. Н.М.Герсеванова. Госстроя СССР, Москва, Стройиздат, 1980, с.117.