УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СВАИ В ОБЛАСТИ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ

Полезная модель относится к области строительства на вечномерзлых грунтах и используется при сооружении свайных фундаментов висячего типа на пучинистых грунтах.
Известен «Способ повышения несущей способности свайной опоры» RU 2619964 [2], включающий монтаж армирующего каркаса в выемке, заливка выемки бетоном, установку после затвердевания бетона металлической опорной конструкции с усиливающими ребрами, которую жестко соединяют с надземным участком сваи.
Недостатком устройства является низкая несущая способность и низкая устойчивость, обусловленные установкой сваи на верхней поверхности сезоннооттаивающего слоя почвы.
Наиболее близким техническим решением является «Способ сооружения свайных фундаментов в промерзающих пучинистых грунтах» RU 2430214 [1], включающий передачу вертикальной нагрузки от сооружения на вечномерзлый грунт основания через нижний конец сваи давлением и боковую поверхность смерзания фундамента сопротивлением сдвигу вечномерзлых грунтов, а также через боковую поверхность смерзания фундамента касательными силами морозного пучения.
Нагрузочная способность и устойчивость сваи повышаются благодаря опоре сваи на вечномерзлый грунт основания.
Недостатком является недостаточная нагрузочная способность сваи.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение нагрузочной способности сваи и, соответственно, свайного фундамента.
Технический результат достигается тем, что свая, нижняя часть которой погружена в вечномерзлые грунты, а верхняя часть окружена сезонноотаивающим слоем грунта, характеризуется тем, что у верхней границы сезоннотаивающего слоя к свае прикрепляют круговую консольную конструкцию, которая воспринимает нормальные силы морозного пучения.
Нижняя поверхность консоли сваи может быть плоской и ориентированной перпендикулярно основному направлению сваи, что позволит уменьшить величину боковых усилий на верхний конец сваи.
Консольная конструкция может выполняться в форме кольца, что позволит получить равномерное распределение сил вокруг верхнего конца сваи.
Кольцо консольной конструкции выполнено толще у внутренней части, прилегающей к свае и тоньше по краям, что позволит снизить материалоемкость при повышении нагрузочной способности.
Повышение несущей способности сваи в области вечной мерзлоты с верхним сезоннооттаивающим слоем грунта, включает передачу нагрузки от сооружения на вечномерзлый грунт основания через нижний конец сваи давлением и боковую поверхность смерзания фундамента сопротивлением сдвигу вечномерзлых грунтов, а также через боковую поверхность смерзания фундамента касательными силами морозного пучения, характеризуется тем, что дополнительно используют нормальные (направленные вверх параллельно основному направлению сваи) силы морозного пучения.
Несущая способность основания вертикально нагруженной висячей сваи определяется без учета касательных сил пучения по формуле [1]
где R - расчетное давление на мерзлый грунт под нижним концом сваи;
А - площадь опирания сваи на грунт;
aƒ,i
R - расчетное сопротивление мерзлого грунта или грунтового раствора сдвигу по боковой поверхности смерзания фундамента в пределах i-го слоя грунта;
aƒ,i
A - площадь поверхности смерзания i-го слоя грунта с боковой поверхностью сваи;
n - число выделенных при расчете слоев вечномерзлого грунта.
Несущая способность основания вертикально нагруженной висячей сваи предложенной конструкции определяется по формуле
ƒn,i
где τ - расчетная удельная касательная сила пучения;
ƒn,i
A, - площадь боковой поверхности фундамента I-го слоя в пределах расчетной глубины сезонного оттаивания грунта;
ƒn
R - расчетная удельная нормальная сила пучения;
n,ƒn
A - площадь нижней грани консольной конструкции.
Устойчивость сваи на действие сил морозного пучения определяется условием
Относительное превышение допускаемой нагрузки на сваю с консольным устройством над допускаемой нагрузкой на сваю - прототип с учетом касательных сил пучения выражается зависимостью
Таким образом, в заданных условиях эффективность определяется площадью консольного устройства и величиной удельных.
Технический результат - повышение нагрузочной способности сваи достигается за счет дополнительного использования нормальных сил морозного пучения, направленных против силы тяжести, действующих, например, на кольцевую консольную конструкцию.
Промышленная применимость. Заявляемое конструкторско-техническое решение может с успехом применяться для изготовления свайных фундаментов с повышенной нагрузочной способностью.