СВАЯ

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована при устройстве фундаментов различного заложения в промышленном и гражданском строительстве как при возведении новых зданий и сооружений, так и при усилении фундаментов старых, поврежденных, требующих реконструкции.
Известно использование забиваемых в грунт свай для улучшения несущей способности фундаментов зданий. При новом строительстве сваи обычно состоят из относительно длинных железобетонных свай и их частей. При консервации, т.е. при усилении фундаментов ранее построенных домов или строений, используют короткие и секционные сваи из-за отсутствия пространства, поскольку забивание свай приходится осуществлять в небольших и низких пространствах внутри здания. В таких ситуациях для забивания свай в грунт используют легкие удары или даже вибрации для исключения слишком сильной тряски и предотвращения повреждения здания над и вокруг свай. Для забивания сваи в указанный грунт ударный элемент может перемещаться вверх и вниз внутри сварной трубы или, в качестве альтернативного решения, удары или вибрации могут
прикладываться к верхнему концу сваи. После забивания стальной трубообразной сваи в грунт внутренний объем стальной трубы обычно заполняют бетоном. Для этой цели стальная трубообразная свая как таковая является предпочтительной, поскольку ее просто удлинить, например, с помощью сварки или использования подходящей втулочной муфты и, при забивании в грунт, сопротивление сваи меньше, чем, например, бетонной сваи, благодаря гладкой поверхности стальной сваи. Если наконечник сваи нельзя вбить в скальный грунт или аналогичную несущую структуру, то свая должна действовать как фрикционная свая, поддерживая себя относительно слоев грунта вдоль длины сваи. В таких случаях несущая способность стальной трубы незначительна из-за гладкой поверхности, в то время как несущая способность бетонной сваи значительно выше. Это справедливо, например, для глинистого грунта, в котором слой глины может быть очень толстым.
В описании изобретения по патенту США №4909673 представлена свайная труба, которая снабжена большим количеством инжекторных отверстий, при этом инжекторные клапаны укреплены в этих отверстиях изнутри сваи, так что трение между сваей и грунтом можно увеличивать посредством инжекции затвердевающего раствора на наружную поверхность стальной сваи. Однако применение такой сваи требует использования высоких давлений и громоздких машин. Кроме того, эта конструкция
является слишком сложной и дорогой для использования в небольших рабочих проектах, таких как увеличение несущей способности одного дома или опоры строительной конструкции и т.д.
Известна свая, описанная в публикации FI-30911, относящейся к способу изготовления забивной сваи, заключенной в бетон. Согласно этому способу, корпус трубообразной сваи снабжен свайным башмаком с открытым верхним концом и с большим поперечным сечением на верхнем конце, чем поперечное сечение корпуса сваи, которую забивают в грунт, и запрессовывают цементную кашицу или жидкий бетон вдоль полого корпуса сваи через свайный башмак в полость, создаваемую между грунтом и корпусом сваи под действием свайного башмака.
Согласно этому способу жидкий цемент или бетон вдавливают сверху одновременно и непрерывно с забиванием сваи в создаваемую полость в грунте под низким давлением для непрерывного заполнения полости. В конце забивания заполненное пространство полости герметизируют сверху и выполняют подачу бетона под более высоким давлением. Таким образом, этот способ обеспечивает создание стальной трубообразной сваи с несущим бетонным кожухом с помощью простых средств. Однако при попытке использовать указанную конструкцию было обнаружено, что в большинстве случаев свая не погружается в грунт по прямому
пути, а явно имеет тенденцию и изгибанию, так что на свайную трубу могут воздействовать значительные силы изгибания, обусловливающие при погружении сваи в грунт остановку или перелом сваи. Хотя в публикации указывается, что подачу цементной или бетонной массы осуществляют под низким давлением, однако, производство описываемой сваи требует применение машин, которые слишком велики и/или дороги для многих современных строек.
В публикации GB - 2234774 А представлена свая, которая содержит трубчатый кожух и расширение или выступ вблизи переднего конца, а также множество отверстий, проходящих через кожух на стороне указанного выступа, причем отверстия сначала закрыты или герметизированы с помощью разрушаемого материала. Согласно идее этой публикации, сначала образуют канал через стену и основание здания с помощью отдельного бурения, после чего раскрытую сваю вводят через предварительно созданный канал и забивают далее в грунт до достижения достаточной глубины. Отверстия в кожухе закрыты, например, клейкой лентой, во время указанных введения и забивания. Затем пространство между кожухом и каналом герметизируют текучей цементной смесью или кашицей, которую пропускаю под большим давлением через кожух, при этом на этой стадии крышки или покрытия отверстий разрушаются, позволяя кашице проходить
вверх через отверстие, образованное выступом, тем самым, прикрепляя кожух к конструкции здания. Предложенная свая обусловливает несколько недостатков. Во-первых, усилие, необходимое для забивания сваи в грунт, является слишком большим, что означает необходимость применения больших, тяжелых и дорогих машин. Во-вторых, стенки отверстия, образованного выступом в грунте, легко осыпаются, что делает невозможным заполнение зазора между кожухом и грунтом цементной смесью.
Известна трубообразная свая, заключенная в бетон, описанная в патенте RU №2236505 от 13.12.1999, взятая за прототип.
Трубообразная свая, подлежащая заключению в бетон, содержит металлическую свайную трубу для забивания в грунт; отверстие или отверстия на верхнем конце свайной трубы для подачи бетонной массы во внутреннее пространство свайной трубы; и на нижнем конце свайный башмак, содержащий продольную секцию наконечника с, по существу, равномерной шириной и бугелем на верхнем конце, диаметр которого больше диаметра свайной тубы, при этом зона свайного башмака снабжена сквозными проточными радиальными отверстиями для обеспечения выхода бетонной массы. В свайном башмаке максимальный диаметр бугеля выполнен большим наружного диаметра указанной
свайной трубы, и расстояние точки, соответствующей указанному максимальному диаметру бугеля, от режущей кромки секции наконечника, по меньшей мере, в семь раз больше наружного диаметра свайной трубы. Бугель имеет наружную поверхность конусно сужающуюся в направлении указанной режущей кромки. Кроме того, бугель содержит выступающую вверх наружную кромку, образующую открытое вверх углубление, окружающее свайную трубу или ее удлиненный конец.
При использовании такой сваи было установлено, что снабжение нижнего конца сваи, который первым забивается в грунт, свайным башмаком, имеющим бугель, диаметр которого больше диаметра сваи, и относительно длинную секцию наконечника, выступающую из бугеля в направлении погружения сваи, т.е. вниз, и расположение выхода отверждаемой массы из внутреннего пространства свайной трубы через отверстия по периметру поверх точки контакта бугеля и свайной трубы, обеспечивают достаточно прямое погружение сваи в грунт с помощью ударов или вибраций, независимо от качества грунта. Кроме того, было установлено, что затвердевающая масса проходит эффективно и быстро через радиально расположенные отверстия по периметру из внутреннего пространства металлической свайной трубы в полость, созданную вокруг свайной трубы над бугелем только под действием погружающих ударов и/или погружающих вибраций сваи, так что нет
необходимости в использовании давления для подачи затвердевающей массы на верхнем конце свайной трубы над поверхностью земли, а можно просто наливать массу внутрь свайной трубы. Сила, необходимая для забивания трубообразной сваи в грунт, является небольшой, а несущая способность готовой трубообразной сваи, заключенной в бетон и заполненной бетоном, является высокой, когда она действует как фрикционная свая по всей своей длине или на заданной части своей длины. Кроме того, преимуществом такой сваи является то, что нет необходимости в установке сложных средств на верхнем конце свайной трубы для обеспечения одновременной подачи затвердевающей массы и приложения погружающих ударов или вибраций, эти стадии выполняют раздельно. Такая конструкция сваи хорошо подходит для ремонта фундаментов зданий.
Таким образом, известная свая обеспечивает простоту ее установки, преимущественно при использовании стальной сваи, а также хорошее сцепление бетона сваи с грунтом.
Однако было отмечено, что при использовании сваи на слабых несущих, например, песчаных грунтах наблюдалось обсыпание стенок скважины в связи с замедленной инжекцией в грунт стабилизирующей массы, что снижало сцепление бетона сваи с грунтом и несущую способность сваи.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание плотной, прочной, однородной по всей длине сваи, обладающей высокой несущей способностью при использовании в различных грунтах.
Задача решена следующим образом.
Согласно предложению, в свае, содержащей преимущественно металлическую свайную трубу для забивания в грунт с наконечником и бугелем, диаметр которого больше диаметра свайной трубы, в которой непосредственно над бугелем выполнена, по меньшей мере, пара проточных радиально расположенных отверстий для обеспечения свободного прохождения бетонной массы, вдоль свайной трубы до проточных отверстий выполнена по винтовой направляющей перфорация в виде продольно вытянутых отверстий, при этом в каждом перфорированном отверстии образовано заодно целое с телом тубы ребро, направленное или вовнутрь, или наружу трубы.
Перфорация выполнена в виде продольно расположенных овальных отверстий, а шаг винтовой направляющей выбран из соотношения 2,5÷3 диаметра трубы.
Ребра в перфорированных отверстиях выполнены в виде отгиба тела трубы от одной из продольных сторон.
В каждом последующем по длине сваи перфорированном отверстии ребро выполнено противолежащим предыдущему.
Техническим результатом полезной модели является создание сваи, конструкция которой позволяет осуществлять быстрое заполнение как объема сваи, так и ускорение заполнения скважины стабилизирующим составом, обеспечение надежности сцепления бетона с телом сваи и стенками скважины, соответственно, повысить несущую способность фундамента за счет стабилизации грунта, создания монолитности сваи и скважины, причем на любых грунтах и на различных строительных площадках.
Предлагаемая конструкция сваи поясняется чертежами, где на:
- Фиг.1 представлен общий вид сваи, заключенной в бетон;
- Фиг.2 - участок тубы с перфорированными овальными отверстиями;
- Фиг.3 - разрезы по перфорированным отверстиям I-I и II-II (на фиг.1) - повернуто.
Свая 1, подлежащая заключению в бетон 2, содержит преимущественно металлическую свайную трубу 3 для забивания в грунт, наконечник 4 равномерной шириной с бугелем 5 на верхнем (относительно поверхности грунта, забивается свая 1) конце 6, диаметр которого больше диаметра свайной трубы 3, в которой непосредственно над бугелем 5 выполнена, по меньшей мере, пара (в зависимости от диаметра свайной трубы 3) проточных радиально
расположенных отверстий 7, для обеспечения свободного прохождения бетонной массы.
Вдоль свайной трубы 3 до проточных радиально расположенных отверстий 7, преимущественно круглых, диаметр которых в 2,5÷3 раза больше диаметра самых крупных частиц заполнителя стабилизирующей - бетонной (растворной) смеси, выполнена по винтовой направляющей перфорация в виде продольно вытянутых перфорированных отверстий 8, при этом в каждом перфорированном отверстии образовано заодно целое с телом трубы 3 ребро 9, направленное или вовнутрь (преимущественно) или наружу трубы 3 (фиг.3). Форма поперечного сечения свайной трубы 3 может быть обычной круглой, а также любой другой: квадратной, шестигранной или прямоугольной, или иной другой.
Соответственно, продольно вытянутые перфорированные отверстия 8 могут быть в виде овальных отверстий, прямоугольных или по-другому выполненных, при условии, что их ширина имеет размер, по меньшей мере, в три раза больше размера наиболее крупной частицы заполнителя бетонной смеси. Например, для труб диаметром 100÷210 мм, этот размер составляет 30÷50.
Ребра 9 каждого перфорированного отверстия 8, служащие анкерами в бетоне сваи, выполнены в виде отгиба тела тубы от одной из продольных образующих сторон отверстия, при этом в
каждом последующем по длине трубы отверстии ребро 9 выполнено противолежащим предыдущему, а шаг винтовой направляющей выбран из соотношения 2,5÷3 диаметра тубы, что установлено опытным путем и является оптимальным.
Бугель 5 присоединен к свайной трубе 3 на расстоянии не менее 6÷7 диаметров трубы от наконечника 4, например, сваркой. Бугель 5 может быть также соединен с трубой посредством заклепок, винтов или болтов, пропущенных через бугель и свайную трубу, или с помощью других крепежных средств.
Форма поперечного сечения бугеля относительно центральной оси сваи 1 может изменяться в широких пределах в продольном сечении. Поперечное сечение может быть овальным или круглым, прямоугольным или квадратным, снабженным выступами, или может иметь любую другую симметричную форму относительно одной или нескольких продольных плоскостей, проходящих через центральную ось сваи. Кроме того, бугель 5 имеет наружную поверхности, которая частично сужается или конусно сужается в направлении к наконечнику 4 трубы 3. наружная поверх бугеля 5 может форму конуса, или пирамиды, или иную конусную форму. Максимальный диаметр бугеля 5, по меньшей мере, в пять раз больше наружного диаметра сваи.
Была изготовлена партия предлагаемой конструкции свай с бугелем на стальной трубе с перфорацией, выполненной по определенной вышеописанной схеме (см. фиг.2).
Отверстия на свайной трубе были размещены, например, через 600 мм. Установлено, что количество отверстий по периметру трубы - величина расчетная и зависит от поперечного сечения трубы и используемого оборудования для погружения свай.
Нагрузки в трубе от оборудования для погружения не должны превышать прочностных характеристик тубы в зоне отверстия (отверстий).
Перфорированные отверстия преимущественно должны быть в виде овала, причем материал трубы внутри отверстия полностью не вырезался, оставлялась непрорезанной одна из продольных сторон овала, вдоль которой металл отгибался преимущественно во внутреннюю часть трубы, или наружу.
Ширина отверстий для проникновения в них бетонной смеси выполнялась в 3 раза больше наиболее крупной частицы заполнителя бетонной смеси (для труб диаметром 100÷210 мм, это примерно 30÷50 мм).
Изготовление свай в грунте осуществляется следующим образом.
При погружении трубы 3 за бугелем 5 образуется затрубное пространство, которое заполнялось бетонной смесью или цементным раствором (стабилизирующим раствором).
Для непрерывной подачи бетонной смеси в затрубное пространство и в трубу на месте забивки сваи устанавливалась емкость без дна - (бункер-питатель) 10, в которую подается бетонная (растворная)смесь 11 (см. фиг.1).
При погружении трубы 3 под воздействием вибрации от механизмов погружения (не показ.) и собственного веса бетонная (растворная) смесь из бункера-питателя 10 поступает непосредственно в затрубное пространство, а также через овальные отверстия 8 в стенке трубы 3 в трубу, откуда через отверстия 7 над бугелем выходит в затрубное пространство, имея некоторое избыточное давление, создаваемое динамическим воздействием механизмов погружения. В процессе погружения сваи бетонная (растворная) смесь постоянно подливается в бункер-питатель 10.
Свая, выполненная по выше описанной технологии, имеет ряд достоинств:
1. Несущая способность сваи примерно равна несущей способности забивной сваи с поперечным сечением, равным поперечному сечению бугеля.
2. Стальная труба служит арматурой сваи, где овальные отверстия с ребрами в стенке трубы способствуют надежному закреплению трубы в бетоне сваи.
3. Отпадает необходимость бурения скважины с выемкой грунта.
4. Армирование сваи происходит одновременно с бетонированием.
5. Погружение сваи с бугелем требует оборудования, мощность которого ниже, чем мощность оборудования для погружения сваи диаметром, равным диаметру бугеля, т.к. у сваи с бугелем м момент погружения практически отсутствует трение грунта о боковую поверхность сваи.
Для подачи бетонной (растворной) смеси не требуется дорогостоящего оборудования.
Таким образом, при осуществлении полезной модели доказана возможность достижения указанного технического результата, заключающегося в ускорении и упрощении производства плотных, прочных, однородных по длине свай, а также повышении надежности конструкции в целом, за счет увеличения несущей способности возводимого или реконструируемого фундамента, возводимого с использованием заявленной сваи, известных
операций и приемов, а также средств и серийно выпускаемых материалов.