ЗАБИВНАЯ СВАЯ (ВАРИАНТЫ)
DRIVEN PILE (VERSIONS)

Изобретение относится к области строительства, в частности к устройству свай.
Известно устройство (см. кн. Э.В.Костерина «Основания и фундаменты», М., «Высшая школа», 1990, с.178-182), представляющее по сути один из видов свай, погружаемых в готовом виде в грунт путем забивки, вибрационного погружения или вдавливания. Однако в данном устройстве нижний наконечник изготовлен в виде пирамиды и работает как клин на раздвигание грунта, что не способствует наиболее полному использованию энергии удара или вибрации. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является устройство (см. кн. Э.В.Костерина «Основания и фундаменты», М., «Высшая школа», 1990, с.307-310), представляющее железобетонную оболочку (полая круглая свая, свая-оболочка), нижний конец которой закрыт наконечником, имеющим форму прямого кругового конуса. В указанном устройстве конический наконечник раздвигает грунт подобно клину, с той лишь разницей, что раздвигание происходит в радиальных направлениях и более равномерно.
Техническая задача - создание высокоэффективного устройства, которое позволит более полно использовать энергию вибрации (удара) и увеличить скорость погружения сваи в грунт.
Техническим результатом является усовершенствование формы наконечника сваи для более полного использования энергии удара или вибрации и сокращения времени погружения сваи в грунт.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве нижний конец сваи имеет форму либо параболоида вращения, усеченного по фокальной плоскости, вершина которого ниже плоскости усечения переходит в сферический пояс, нижняя вершина которого переходит в конус, либо форму скрещенных обращенных вершинами вниз усеченных по общей фокальной плоскости параболических поверхностей так, что плоскости их симметрии взаимно перпендикулярны, а линия пересечения плоскостей симметрии совпадает с осью сваи, ниже плоскости усечения скрещенные параболические поверхности переходят в скрещенные круговые полуцилиндры, которые на самом конце сваи переходят в четырехгранную пирамиду.
Использование наконечника параболической формы обеспечивает изменение направления распространения динамической нагрузки, передаваемой от вибратора (молота) сферическому поясу наконечника в радиальном направлении, что способствует наиболее эффективному раздвиганию грунта и, следовательно, более полному использованию энергии удара или вибрации и сокращению времени погружения сваи в грунт.
Осевое сечение предлагаемого устройства плоскостью листа изображено на чертеже. Верхняя часть сваи 1 представляет собой прямой круговой цилиндр 2, который ниже плоскости ВВ переходит в параболоид вращения 3, усеченный фокальной плоскостью АА, перпендикулярной оси сваи. Далее параболоид вращения переходит в сферический пояс 4, большое сечение которого совпадает с фокальной плоскостью АА. На конце сваи сферический пояс завершается конусом 5.
2
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Вибратор или боек ударного механизма создают в свае 1 плоскую продольную волну, распространяющуюся в цилиндрической части 2 от головы сваи к ее концу. Волновой фронт и волновые поверхности волны перпендикулярны оси сваи. В параболической части 3 сваи луч 6 плоской волны испытывает отражение, проходит через фокус параболоида и попадает в сферический пояс 4. Если уравнение параболы, являющейся образующей параболоида, имеет вид Y=aX, то радиус кривизны сферического пояса R=1/2a совпадает с радиусом окружности, являющейся линией пересечения параболоида и фокальной плоскости. В сферическом поясе луч волны распространяется в радиальном направлении и достигает поверхности сферического пояса, являясь перпендикулярным к ней. В случае отражения от параболической поверхности 3 угол падения велик, он изменяется практически от 90° до 45° для лучей, отстоящих от оси сваи на расстоянии, большем R=1/2a (но меньшем радиуса сваи в ее цилиндрической части). Для таких лучей, при больших углах падения (больше 45°), большая часть энергии волны возвращается в первую среду, то есть в сваю (отражается), и меньшая создает колебания поверхности сваи и переходит в грунт. При втором отражении (от поверхности сферического пояса 4) угол падения близок к 0°. В этом случае поверхность сферического пояса испытывает максимальное смещение в радиальном направлении, приводя в колебания грунт. Учитывая, что вибрационный способ погружения свай используется при строительстве мостов во влажных грунтах, то вибрация грунта приводит к выделению воды у нижнего конца сваи. Выделившаяся вода уменьшает трение при погружении сваи. Для того, чтобы под поверхностью сферического пояса на оси сваи не происходило уплотнение грунта в нижней ее части, сферический пояс переходит в конус 6.
2
c
Изложенный принцип работы устройства возможен в том случае, когда длина волны несколько меньше характерных размеров сваи, например радиуса кривизны параболической части 3. Минимальный радиус кривизны параболической части 3 имеет место вблизи плоскости фокального сечения. Очевидно, он не может быть меньше чем . Для лучей, распространяющихся вдоль боковой поверхности цилиндрической части сваи, радиус кривизны очень велик. Он определяется значением коэффициента а в уравнении параболы (Y=aX), радиусом сваи R. Так, например, для
c
с
R=0,15 м, высоты параболической части сваи Н=0,5 м, коэффициент в уравнении будет а=22,2 1/м, кривизна К параболы в области перехода цилиндрической поверхности в параболическую будет около 30 м. При таком радиусе кривизны зеркальным отражение будет для частот вибрации, больших 170 Гц.
При ударном способе погружения в свае в результате удара возникают продольные колебания, длина волны собственных частот определяется размерами ячеек армирующей сетки. Учитывая, что густота армирующей сетки головы и центральной части сваи различна и имеет значения от единиц до десятков сантиметров, что сравнимо или меньше радиусов кривизны цилиндрической и параболической частей сваи, то эффективной работоспособность предлагаемого устройства сохраняется и при ударном способе погружения свай.