СВАЯ ЗАБИВНАЯ
DRIVEN PILE

Изобретение относится к строительству, в частности к свайным фундаментам, закладываемым в обводненных песчаных грунтах.
Известна свая, состоящая из стальной трубы со стальным наконечником, заполненным специальным веществом, расширяющимся и создающим давление в полости наконечника после инициирования химической реакции в этом веществе (патент Японии, № публикации 63233117 от 19.03.1987). Под действием внутреннего давления наконечник сваи приобретает шарообразную форму диаметром более диаметра сваи, что позволяет увеличить несущую способность сваи.
Недостаток такой сваи в том, что стальная труба в грунте подвержена коррозии и со временем разрушается, поэтому для получения заданной несущей способности в период эксплуатации полость трубы выше основания наконечника заполняют бетоном, что увеличивает стоимость сваи. Такой процесс увеличения несущей способности неприемлем для железобетонных свай.
Известна свая круглого сечения, погружаемая в заранее подготовленную скважину (патенты Японии с датами их публикации: №63-014925 от 04.07.1986, №04-106216 от 24.08.1990, №05-009934 от 02.07.1991, №08-209688 от 02.02.1995, №2006-063526 от 24.08.2004), состоящая из комбинированного (сталь и бетон) ствола с продольным отверстием в бетоне ствола (центральным или эксцентрично расположенным) и с плоским нижним концом; эластичной оболочки, охватывающей цилиндрическую поверхность ствола и средств закрепления ее концов на цилиндрической поверхности ствола; полости между эластичной оболочкой и цилиндрической поверхностью ствола.
В стволе имеется по меньшей мере одно радиальное отверстие, соединяющее продольное отверстие в стволе с полостью между эластичной оболочкой и цилиндрической поверхностью ствола. После погружения сваи на заданную глубину, заполнения затвердевающим раствором в полости между эластичной оболочкой и цилиндрической поверхностью ствола через продольное и радиальное отверстия в стволе, вокруг ствола формируется опорный пояс.
Такая свая имеет увеличенную несущую способность.
Недостаток конструкции такой сваи состоит в невозможности ее погружения при статическом или динамическом задавливании в грунт на заданную глубину, так как эластичная оболочка не защищена от разрушения грунтом в процессе задавливания сваи; в свае не предусмотрен заостренный наконечник.
Известна свая забивная железобетонная (заявка RU №2008121684 от 30.05.2008), состоящая из ствола и заостренного наконечника (с углом заострения 15-30°), позволяющая ее погружение в обводненный песчаный грунт на заданную глубину статической силой, значительно меньшей, чем требуется при задавливании сваи со стандартным углом заострения 60°. Это достигается за счет эффекта клина, получаемого при угле заострения 15-30°, позволяющего исключить образование уплотненного песчаного массива, который обычно образуется перед наконечником стандартной сваи при ее забивании или задавливании в обводненный песчаный грунт.
Недостаток данной сваи - низкая несущая способность при малых углах заострения.
Известна свая забивная (а.с. SU №301404 от 14.07.1969), состоящая из ствола с продольным отверстием в нем, заостренного составного из двух частей стального наконечника и механизма, позволяющего изменять положение частей заостренного наконечника из вертикального на горизонтальное для увеличения несущей способности сваи после ее погружения на заданную глубину. Недостатки сваи - сложная конструкция заостренного стального наконечника и механизма изменения положения частей наконечника, а также небольшое увеличение несущей способности сваи.
Техническая задача изобретения - повышение несущей способности сваи забивной, имеющей заостренный наконечник.
Техническая задача решена в конструкции забивной сваи, состоящей из ствола со сквозным продольным отверстием, заостренного наконечника, устройства увеличения несущей способности сваи, при этом устройство увеличения несущей способности сваи расположено между стволом и наконечником в виде присоединенной к ним вставки с продольным отверстием, соосным продольному отверстию в стволе с наружной цилиндрической поверхностью, диаметр которой меньше минимального поперечного размера ствола, имеющей эластичную оболочку со средствами закрепления ее верхнего и нижнего концов, охватывающую цилиндрическую поверхность углубления; полость между эластичной оболочкой и цилиндрической поверхностью вставки, раздвижной в радиальном направлении защитный кожух со средствами его закрепления на вставке, охватывающий эластичную оболочку; во вставке имеется радиальное отверстие, соединяющее продольное отверстие с упомянутой полостью, преобразуемой в опорный пояс после погружения сваи на заданную глубину, заполнения полости затвердевающим раствором через отверстия в стволе и затвердевания раствора.
Соединение торцов вставки с торцом ствола и основанием наконечника может быть сварным или резьбовым.
Если соединение нижнего конца вставки и основания наконечника сваи является резьбовым и между нижним торцом вставки и основанием наконечника имеется кольцо, то между нижним торцом ствола и верхним торцом кольца закреплен нижний конец эластичной оболочки, а между нижним торцом кольца и основанием наконечника закреплен нижний конец защитного кожуха. Такая конструкция обеспечивает надежное закрепление концов эластичной оболочки и ее защитного кожуха.
Наконечник сваи может быть как коническим, так и клиновым.
Если ствол сваи призматический, а наконечник является пирамидальным или клиновым, то верхний и нижний концы вставки имеют квадратное поперечное сечение. Если ствол сваи призматический, а наконечник является коническим или клиновым с круглым основанием, то верхний конец вставки имеет квадратное сечение, а нижний - круглое.
Несущая способность сваи увеличивается в зависимости от площади проекции на горизонтальную плоскость опорного пояса, образуемого вокруг вставки из затвердевшего раствора, и от плотности слоя грунта, охватывающего опорный пояс.
Технический эффект заключается в том, что опорный пояс позволяет получать для забивной сваи с заостренным наконечником высокую несущую способность, в том числе при действии горизонтальных нагрузок.
Такой технический эффект обеспечивается следующей новой для забивной сваи с заостренным наконечником совокупностью признаков:
устройство увеличения несущей способности сваи расположено между стволом и наконечником в виде присоединенной к ним вставки с продольным отверстием, соосным продольному отверстию в стволе, имеющей наружную цилиндрическую поверхность, диаметр которой меньше минимального поперечного размера ствола, имеющей эластичную оболочку со средствами закрепления ее верхнего и нижнего концов, охватывающую цилиндрическую поверхность вставки; полость между эластичной оболочкой и цилиндрической поверхностью вставки, раздвижной в радиальном направлении защитный кожух со средствами его закрепления на вставке, охватывающий эластичную оболочку; в стволе имеется радиальное отверстие, соединяющее продольное отверстие с упомянутой полостью, преобразуемой в опорный пояс после погружения сваи на заданную глубину, заполнения полости затвердевающим раствором через отверстия в стволе и затвердевания раствора.
Закрепление эластичной оболочки и кожуха более надежно, если соединение нижнего конца ствола и основания наконечника является резьбовым, а между нижним торцом ствола и основанием наконечника имеется кольцо, при этом между нижним торцом ствола и верхним торцом кольца закреплен нижний конец эластичной оболочки, а между нижним торцом кольца и основанием наконечника закреплен нижний конец защитного кожуха.
Если ствол сваи призматический и наконечник является пирамидальным или клиновым с квадратным основанием, то верхний и нижний концы вставки имеют квадратное поперечное сечение.
Если ствол сваи призматический и наконечник конический или клиновой с круглым основанием, то верхний конец вставки имеет квадратное сечение, а нижний - круглое.
Данная совокупность признаков является новой для забивной сваи, так как не обнаружена в источниках информации, полученных при проведении патентно-информационного поиска, и не следует явно из совокупности признаков известных конструкций свай.
На фиг.1 показана свая забивная, состоящая из трех соединенных между собой частей: ствола, вставки с эластичной оболочкой и защитным кожухом и заостренного наконечника;
на фиг.2 - свая забивная, состоящая из трех соединенных между собой частей: ствола; вставки с эластичной оболочкой, нижний конец которой закреплен на торце сваи; защитного кожуха и заостренного наконечника, закрепленного на вставке с помощью резьбового соединения;
на фиг.3 - вид А на фиг.1, показывающий конструкцию защитного кожуха;
на фиг.4 - сечение В-В на фиг.1;
на фиг.5 - свая забивная, погруженная на заданную глубину с опорным поясом из затвердевшего раствора в расширенной оболочке;
на фиг.6 - сечение С-С на фиг.5;
на фиг.7 - вид D на фиг.5.
Свая забивная (фиг.1-7) состоит из ствола 1 со сквозным продольным отверстием 2, заостренного наконечника 3, устройства увеличения несущей способности сваи в виде вставки 4, размещенной между стволом 1 и наконечником 3, с продольным отверстием 2а, соосным продольному отверстию 2. Верхний торец 5 вставки 4 присоединен к нижнему торцу 6 ствола 1, а нижний торец 7 соединен с основанием 8 заостренного наконечника 3. Соединение торцов 5 и 7 вставки 4 с торцом 6 ствола 1 и основания 8 наконечника 3 может быть как сварным (фиг.1), так и резьбовым (фиг.2). Эластичная оболочка 9 охватывает цилиндрическую поверхность 10 вставки 4 и имеет средства 11 закрепления концов на цилиндрической поверхности 10. Полость 12 образована между эластичной оболочкой 9 и цилиндрической поверхностью 10. Эластичную оболочку 9 охватывает защитный кожух 13, раздвижной в радиальном направлении. Кожух 13 разделен на лепестки 13а, изготовленные из листового термопластичного материала (полиэтилена, полипропилена). Нижний конец защитного кожуха прижат к вставке средствами 14 закрепления в виде хомута (фиг.1). Радиальное отверстие 15 соединяет продольное отверстие 2а с полостью 12, преобразуемой в опорный пояс 16 после погружения сваи на заданную глубину, заполнения полости 12 затвердевающим раствором (цементным или цементно-песчаным), поданным под давлением в полость 12 через отверстия 2, 2а и 15 и затвердевания раствора.
Соединение 17 нижнего торца 7а вставки 4 (фиг.2) и основания 8а наконечника 3 является резьбовым, между нижним торцом 7а вставки 4а и основанием 8а наконечника 3 имеется кольцо 18, при этом между нижним торцом 7а и верхним торцом 19 кольца 18 закреплен нижний конец 20 эластичной оболочки 9, а между нижним торцом 21 кольца 18 и основанием 8а наконечника 3 закреплен нижний конец 22 защитного кожуха 13.
Если ствол 1 призматический, а наконечник 3 является пирамидальным или клиновым с квадратным основанием, то верхний 5 и нижний 7 торцы вставки 4 имеют квадратное поперечное сечение (фиг.1).
Если ствол 1 призматический, а наконечник 3 конический или клиновой с круглым основанием 8а, то верхний торец 5 вставки 4 имеет квадратное сечение, а нижний 7а - круглое (фиг.2). При строительстве свайного фундамента сваю с заостренным наконечником 3 и закрепленными на вставке 4 оболочкой 9 и кожухом 13 погружают в обводненный песчаный грунт одним из известных и разрешенных способов (задавливанием, забиванием, вибропогружением) на заданную глубину (фиг.5), затем растворным насосом через шланг и штуцер (не показаны), закрепляемый в отверстии 2, нагнетают под давлением цементный или цементно-песчаный раствор в полость 12 через отверстия 2, 2а и 15. Давление нагнетания 1-5 МПа устанавливается в зависимости от плотности и влажности грунта на глубине, соответствующей положению оболочки 9 на погруженной свае. По мере заполнения полости 12 раствором полость 12 расширяется, увеличивая поперечный размер оболочки 9, раздвигая лепестки 13а защитного кожуха 13 и уплотняя грунт.
Опорный пояс 16 (фиг.5), образованный затвердевшим раствором, существенно увеличивает несущую способность сваи тем больше, чем больше диаметр и высота опорного пояса 16. Для увеличения силы сдвига опорного пояса относительно ствола и сопротивления изгибу под действием вертикальной нагрузки на сваю увеличивают высоту опорного пояса 16.
При наличии опорного пояса 16 угол заострения наконечника 3 можно назначать исходя из условий погружения сваи, а не из условия обеспечения ее несущей способности, что важно для сооружения свайного фундамента на обводненном песчаном грунте.
Разделение забивной сваи на три части: ствол, вставка и наконечник позволяет создавать сборные забивные сваи, наиболее полно удовлетворяющие условиям их производства, транспортирования, погружения и эксплуатации.