СВАЯ И СПОСОБ ЕЕ ВОЗВЕДЕНИЯ
PILE AND METHOD OF ITS ERECTION

Изобретение относится к строительству, в частности, к конструкциям свай, предназначенных для устройства свайных фундаментов, и способам возведения таких свай.
Известна конструкция сваи, описанная в патенте Российской Федерации №2386751 на изобретение «Способ погружения полой сваи (варианты)» по классу E02D 7/02, заявленном 29.01.2009 года и опубликованном 20.04.2010 года.
Известная забивная свая представляет собой железобетонное полое удлиненное тело, внутренняя продольная полость которого заполнена бетоном с арматурой, при этом свая снабжена опорным поясом в виде закрепленной на ее нижнем конце эластичной оболочки, заполненной затвердевшим цементным раствором.
Недостатками описанной выше сваи являются недостаточная несущая способность, а также неудобство и дороговизна в возведении, обусловленные сложностью перевозки без повреждения длинномерных полых свай и манипулирования ими в процессе возведения, необходимостью использования для их погружения свайных молотов с большой энергией удара и снабжения свай средствами увеличения несущей способности в виде эластичной оболочки, заполняемой цементным или цементно-песчаным раствором.
Известен способ возведения сваи, описанный в патенте Российской Федерации №2386751 на изобретение «Способ погружения полой сваи (варианты)» по классу E02D 7/02, заявленном 29.01.2009 года и опубликованном 20.04.2010 года.
Известный способ возведения железобетонной полой сваи под действием статической или динамической нагрузки, создаваемой установкой с нагружателем, включает установку в полость сваи средства прокалывания грунта (вспомогательного средства), фиксацию его положения относительно сваи, установку сваи с зафиксированным в ней средством прокалывания грунта в вертикальное положение относительно поверхности земли оборудованием для погружения сваи, погружение сваи и одновременно средства прокалывания грунта в грунт до заданной отметки под действием статической, динамической или комбинированной нагрузки на сваю, удаление средства прокалывания грунта из полости сваи, заполнение полости бетонным раствором, при этом в полость сваи устанавливают средство прокалывания грунта, состоящее из штанги и заостренного наконечника в форме конуса, или пирамиды, или клина, острый угол при вершине которых находится в интервале от 15 до 30°, а расстояние от верхнего торца стержня до основания наконечника более длины сваи, основание наконечника выставляют на определенном расстоянии от нижнего торца сваи, причем после установки и фиксации средства прокалывания грунта в полости сваи на выступающую из сваи часть наконечника от торца сваи до основания наконечника надевают конусообразное кольцо или конусообразный кожух из листового материала, форма и размеры основания которых одинаковы с формой и размерами нижнего торца сваи, а высота определяется в зависимости от толщины полой стенки сваи и угла заострения наконечника, после удаления средств прокалывания грунта сваю дополнительно погружают на глубину, не меньшую высоты кожуха из листового материала для его смятия, после чего в полость сваи устанавливают арматуру и заполняют полость бетонным раствором.
Способ возведения сваи, имеющей закрепленные на ее нижнем конце средства увеличения несущей способности в виде эластичной оболочки, заполняемой цементным или цементно-песчаным раствором через полость сваи и радиальные отверстия в ее стенке, выходящие под эластичную оболочку, включает кроме этого заполнение полости сваи бетоном до начала радиальных отверстий, после затвердевания бетона нагнетание затвердевающего раствора через полость и радиальные отверстия под эластичную оболочку в объеме, достаточном для образования опорного пояса.
Недостатками описанного выше способа возведения сваи являются неудобство и дороговизна, обусловленные сложностью перевозки без повреждения длинномерных полых свай и манипулирования ими в процессе возведения, необходимостью использования для их погружения свайных молотов с большой энергией удара и необходимостью в дополнительных операциях по снабжению свай специальными средствами для увеличения несущей способности в виде эластичной оболочки, заполняемой при возведении сваи цементным или цементно-песчаным раствором.
Задачей заявляемого изобретения является удешевление изготовления сваи, повышение удобства в возведении и несущей способности сваи, полученной с помощью заявляемого способа.
Техническим результатом, позволяющим решить указанную задачу, является уменьшение размеров и веса составных частей тела сваи, повышение степени уплотнения грунта при возведении сваи, улучшение сцепления поверхности сваи с окружающим грунтом.
Указанный результат достигается тем, что:
1. В известной свае, имеющей внутреннюю продольную полость, заполненную бетоном с арматурой, согласно изобретению, тело сваи выполнено из последовательно установленных заостренного лидирующего, промежуточных с увеличением поперечных размеров и головного железобетонных элементов, имеющих внутренние продольные соосные цилиндрические каналы одинакового диаметра с образованием внутренней продольной полости сваи.
2. В свае по п.1, согласно изобретению, промежуточный элемент выполнен в виде усеченного конуса и двух цилиндрических оснований.
3. В свае по п.1, согласно изобретению, промежуточный элемент выполнен в виде усеченной многогранной пирамиды и двух оснований в виде правильных призм.
4. В свае по п.1, согласно изобретению, головной железобетонный элемент выполнен с цилиндрическим углублением в верхней части.
5. В свае по пп.1 и 2, согласно изобретению, угол наклона образующей усеченного конуса промежуточного элемента по отношению к оси его цилиндрического канала составляет 3-10°.
6. В свае по пп.1 и 2, согласно изобретению, диаметр верхнего цилиндрического основания каждого промежуточного элемента больше диаметра нижнего цилиндрического основания.
7. В свае по пп.1 и 2, согласно изобретению, высоты цилиндрических оснований промежуточных элементов одинаковы.
8. В свае по пп.1 и 2, согласно изобретению, высота каждого последующего промежуточного элемента меньше высоты установленного ниже предыдущего промежуточного элемента.
9. В известном способе возведения сваи, включающем погружение сваи с размещенным в ее внутренней продольной полости вспомогательным средством в грунт до заданной отметки под воздействием статической, динамической или комбинированной нагрузки, удаление вспомогательного средства из полости сваи, установление в полости сваи арматуры и заполнение полости бетонной смесью, согласно изобретению, в предварительно пробуренную и заполненную грунтоукрепляющей композицией скважину с диаметром, соответствующим размеру концевой части заостренного лидирующего железобетонного элемента, и глубиной, меньшей высоты сваи, погружают перфорированную трубу с конусным наконечником на глубину, равную высоте сваи, насаживают заостренный лидирующий железобетонный элемент внутренним продольным цилиндрическим каналом на перфорированную трубу и погружают в грунт до необходимой глубины, после чего производят последовательное насаживание внутренними продольными цилиндрическими каналами на перфорированную трубу и погружение в грунт промежуточных железобетонных элементов в порядке увеличения их поперечных размеров и головного железобетонного элемента, удаляют перфорированную трубу из полости сваи, опускают в нее арматурный каркас и заполняют бетонной смесью.
10. В способе по п.2, согласно изобретению, глубина предварительно пробуренной скважины на 0,5 м меньше высоты сваи.
11. В способе по п.2, согласно изобретению, предварительно пробуренная скважина заполнена глино-цементным водным раствором.
12. В способе по п.2, согласно изобретению, погружение составляющих элементов сваи производят с помощью погружающего приспособления, насаживаемого на перфорированную трубу и передающего элементу статическое, динамическое или комбинированное погружающее усилие.
Выполнение тела сваи из последовательно установленных заостренного лидирующего, промежуточных с увеличением поперечных размеров и головного железобетонных элементов, имеющих внутренние продольные соосные цилиндрические каналы одинакового диаметра с образованием внутренней продольной полости сваи дает возможность уменьшить размеры и вес частей тела сваи за счет выполнения тела сваи составным, повысить степень уплотнения грунта при возведении сваи за счет многократного прохождения скважины погружаемыми элементами с увеличивающимися поперечными размерами и улучшить сцепление поверхности сваи с окружающим грунтом, что позволяет удешевить изготовление сваи, повысить удобство в возведении и несущую способность сваи.
При этом промежуточный элемент может быть выполнен в виде усеченного конуса и двух цилиндрических оснований или усеченной многогранной пирамиды и двух оснований в виде правильных призм.
При этом головной железобетонный элемент может быть выполнен с цилиндрическим углублением в верхней части.
При этом угол наклона образующей усеченного конуса промежуточного элемента по отношению к оси его цилиндрического канала может составлять 3-10°.
При этом диаметр верхнего цилиндрического основания каждого промежуточного элемента может быть больше диаметра нижнего цилиндрического основания.
При этом высоты цилиндрических оснований промежуточных элементов могут быть одинаковыми.
При этом высота каждого последующего промежуточного элемента может быть меньше высоты установленного ниже предыдущего промежуточного элемента.
Погружение на глубину, равную высоте сваи, в предварительно пробуренную и заполненную грунтоукрепляющей композицией скважину с диаметром, соответствующим размеру концевой части заостренного лидирующего железобетонного элемента, и глубиной, меньшей высоты сваи, перфорированной трубы с конусным наконечником, насаживание заостренного лидирующего железобетонного элемента внутренним продольным цилиндрическим каналом на перфорированную трубу и погружение его в грунт до необходимой глубины, дальнейшее последовательное насаживание внутренними продольными цилиндрическими каналами на перфорированную трубу и погружение в грунт промежуточных железобетонных элементов в порядке увеличения их поперечных размеров и головного железобетонного элемента, удаление перфорированной трубы из полости сваи, опускание в нее арматурного каркаса и заполнение бетонной смесью позволяют уменьшить размеры и вес составляющих частей тела сваи, облегчив транспортировку частей и манипулирование ими в процессе возведения сваи, повысить степень уплотнения грунта при возведении сваи за счет многократного прохождения скважины погружаемыми элементами с постепенно увеличивающимися поперечными размерами, улучшить сцепление поверхности сваи с окружающим грунтом за счет пропитки грунтоукрепляющей композицией пространства грунта вокруг возводимого тела сваи, что дает возможность удешевить изготовление сваи, повысить удобство в возведении и несущую способности сваи.
При этом глубина предварительно пробуренной скважины может быть на 0,5 м меньше высоты сваи.
При этом предварительно пробуренная скважина может быть заполнена глино-цементным водным раствором.
При этом погружение составляющих элементов сваи могут производить с помощью погружающего приспособления, насаживаемого на перфорированную трубу и передающего элементу статическое, динамическое или комбинированное погружающее усилие.
Заявляемая свая обладает новизной по сравнению с прототипом, отличаясь от него тем, что:
1) тело сваи выполнено из последовательно установленных заостренного лидирующего, промежуточных с увеличением поперечных размеров и головного железобетонных элементов, имеющих внутренние продольные соосные цилиндрические каналы одинакового диаметра с образованием внутренней продольной полости сваи,
2) промежуточный элемент выполнен в виде усеченного конуса и двух цилиндрических оснований,
3) промежуточный элемент выполнен в виде усеченной многогранной пирамиды и двух оснований в виде правильных призм,
4) головной железобетонный элемент выполнен с цилиндрическим углублением в верхней части,
5) угол наклона образующей усеченного конуса промежуточного элемента по отношению к оси его цилиндрического канала составляет 3-10°,
6) диаметр верхнего цилиндрического основания каждого промежуточного элемента больше диаметра нижнего цилиндрического основания,
7) высоты цилиндрических оснований промежуточных элементов одинаковы,
8) высота каждого последующего промежуточного элемента меньше высоты установленного ниже предыдущего промежуточного элемента.
Заявляемый способ возведения сваи обладает новизной по сравнению с прототипом, отличаясь от него тем, что:
1) в предварительно пробуренную и заполненную грунтоукрепляющей композицией скважину с диаметром, соответствующим размеру концевой части заостренного лидирующего железобетонного элемента, и глубиной, меньшей высоты сваи, погружают перфорированную трубу с конусным наконечником на глубину, равную высоте сваи, насаживают заостренный лидирующий железобетонный элемент внутренним продольным цилиндрическим каналом на перфорированную трубу и погружают в грунт до необходимой глубины, после чего производят последовательное насаживание внутренними продольными цилиндрическими каналами на перфорированную трубу и погружение в грунт промежуточных железобетонных элементов в порядке увеличения их поперечных размеров и головного железобетонного элемента, удаляют перфорированную трубу из полости сваи, опускают в нее арматурный каркас и заполняют бетонной смесью,
2) глубина предварительно пробуренной скважины на 0,5 м меньше высоты сваи,
3) предварительно пробуренная скважина заполнена глино-цементным водным раствором,
4) погружение составляющих элементов сваи производят с помощью погружающего приспособления, насаживаемого на перфорированную трубу и передающего элементу статическое, динамическое или комбинированное погружающее усилие.
Заявителю неизвестны свая и способ возведения сваи, обладающие вышеуказанными отличительными существенными признаками, позволяющими явным образом достичь такого же технического результата, поэтому заявитель считает, что заявляемое изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».
Заявляемые свая и способ ее изготовления могут найти широкое применение в строительстве, в частности, в конструкциях свай, предназначенных для устройства свайных фундаментов, и способах возведения таких свай, поэтому они соответствуют критерию «промышленная применимость».
Заявляемый способ возведения сваи представляет собой совокупность операций, позволяющих уменьшить размеры и вес составных частей тела сваи, повысить степень уплотнения грунта при возведении сваи и улучшить сцепление поверхности сваи с окружающим грунтом, и заключается в том, что в предварительно пробуренную и заполненную грунтоукрепляющей композицией скважину с диаметром, соответствующим размеру концевой части заостренного лидирующего железобетонного элемента, и глубиной, меньшей высоты сваи, погружают перфорированную трубу с конусным наконечником на глубину, равную высоте сваи, насаживают заостренный лидирующий железобетонный элемент внутренним продольным цилиндрическим каналом на перфорированную трубу и погружают в грунт до необходимой глубины под воздействием статической, динамической или комбинированной нагрузки, после чего производят последовательное насаживание внутренними продольными цилиндрическими каналами на перфорированную трубу и погружение в грунт промежуточных железобетонных элементов в порядке увеличения их поперечных размеров и головного железобетонного элемента, удаляют перфорированную трубу из полости сваи, опускают в нее арматурный каркас и заполняют бетонной смесью, причем глубина предварительно пробуренной скважины на 0,5 м меньше высоты сваи, предварительно пробуренная скважина заполнена глино-цементным водным раствором, а погружение составляющих элементов сваи производят с помощью погружающего приспособления, насаживаемого на перфорированную трубу и передающего элементу статическое, динамическое или комбинированное погружающее усилие.
Заявляемая свая, возводимая с использованием заявляемого способа, иллюстрируется чертежами, где представлено на:
Фиг.1. Общий вид заявляемой сваи с частичным разрезом.
Фиг.2. Общий вид промежуточного железобетонного элемента с частичным разрезом.
Фиг.3. Процесс погружения заостренного лидирующего железобетонного элемента.
Фиг.4. Процесс погружения промежуточного железобетонного элемента.
Фиг.5. Процесс удаления перфорированной трубы из полости сваи.
Фиг.6. Вид перфорированной трубы с конусным наконечником в разрезе.
Фиг.7. Вид погружающего приспособления с разрезом.
Свая, представленная на чертеже (см. Фиг.1), содержит заостренный лидирующий железобетонный элемент 1, промежуточные железобетонные элементы 2 с увеличением поперечных размеров снизу вверх и головной железобетонный элемент 3. Внутренние продольные соосные цилиндрические каналы одинакового диаметра элементов 1, 2, 3 образуют внутреннюю продольную полость 4 сваи, заполненную бетоном с арматурой, образующим монолитный железобетонный цилиндрический стержень. Головной железобетонный элемент 3 выполнен с цилиндрическим углублением 5 в верхней части.
Промежуточный железобетонный элемент 2 (см. Фиг.2) выполнен в виде усеченного конуса 6 и двух цилиндрических оснований 7 и 8, но с тем же результатом может быть выполнен в виде усеченной многогранной пирамиды и двух оснований в виде правильных призм, соответствующих пирамиде. В любом варианте выполнения промежуточного железобетонного элемента 2 формы заостренного лидирующего железобетонного элемента 1 и головного железобетонного элемента 3 соответствуют формам элемента 2. Угол наклона а образующей усеченного конуса 6 промежуточного элемента 2 по отношению к оси его цилиндрического канала составляет 7°.
Высоты цилиндрических оснований 7 и 8 всех промежуточных элементов 2 одинаковы, а диаметр верхнего цилиндрического основания 8 больше диаметра нижнего цилиндрического основания 7. Диаметры смежных цилиндрических оснований 7 и 8 соседних промежуточных элементов 2 одинаковы. Высота каждого последующего промежуточного элемента 2 меньше высоты установленного ниже предыдущего промежуточного элемента 2, что позволяет все промежуточные элементы 2 изготавливать с одинаковым весом.
Заявляемый способ возведения сваи реализуют с помощью известных и широко применяемых в данной отрасли устройств и приспособлений. Возведение заявляемой сваи и реализацию, тем самым, заявляемого способа ее возведения осуществляют следующим образом.
Предварительно пробуренную скважину 9 (см. Фиг.3) с диаметром, соответствующим поперечному размеру концевой части, в данном случае, равным диаметру цилиндрической концевой части заостренного лидирующего железобетонного элемента 1, и глубиной, меньшей на 0,5 м проектной высоты сваи, заполняют глино-цементным водным раствором, который предотвращает обрушение ее стенок. Под действием гидростатического давления раствор постепенно проникает в грунт боковых стенок и дна скважины, заполняя поры между грунтовыми частицами и создавая зону закрепленного грунта.
В скважину 9 на глубину, равную проектной высоте сваи, погружают перфорированную трубу 10 (см. Фиг.6) с конусным наконечником и диаметром, несколько меньшим диаметра внутренних продольных цилиндрических каналов железобетонных элементов 1, 2, 3, составляющих сваю. Длина перфорированной трубы 10 подобрана таким образом, чтобы ее конец выступал над уровнем грунта на высоту, не меньшую высоты заостренного лидирующего железобетонного элемента 1.
Насаживают заостренный лидирующий железобетонный элемент 1 внутренним продольным цилиндрическим каналом на перфорированную трубу 10 (см. Фиг.4) и с помощью устанавливаемого сверху погружающего приспособления 11 (см. Фиг.7) забивкой погружают до дна скважины 9 и далее в грунт до проектной глубины. Затем аналогичным образом производят последовательное насаживание внутренними продольными цилиндрическими каналами на перфорированную трубу 10 и погружение в грунт с помощью погружающего приспособления 11, передающего элементам ударный импульс от свайного молота, промежуточных железобетонных элементов 2 (см. Фиг.4) в порядке увеличения их поперечных размеров и погружение головного железобетонного элемента 3. Многократное прохождение скважины промежуточными железобетонными элементами 2 с последовательно увеличивающимися поперечными размерами облегчает их погружение и повышает степень уплотнения грунта стенок скважины 9.
В процессе погружения элементов в скважину 9 часть энергии ударных импульсов передается глино-цементному водному раствору, заполняющему нижерасположенное пространство скважины 9, создавая в нем гидравлический удар, что способствует ускоренному проникновению раствора в стенки и дно скважины 9 и увеличивает толщину пропитанного им слоя грунта. При этом часть глино-цементного водного раствора, находящегося под давлением, не успевает перейти в грунт и через сквозные отверстия перфорированной трубы 10 заполняет ее и вытекает в пространство скважины 9, расположенное выше погружаемого элемента, где выполняет функцию смазки, облегчающей погружение следующего элемента.
После погружения всех элементов по достижении проектного размера сваи удаляют перфорированную трубу 10 (см. Фиг.5) из продольной полости сваи, опускают в нее арматурный каркас и заполняют бетонной смесью. После затвердевания пропитанного глино-цементным водным раствором грунта вокруг тела сваи и набора прочности бетонной смесью свая готова к монтажу на нее вышерасполагающихся конструкций.
Использование заявляемой конструкции сваи и способа ее возведения позволяет:
- исключить необходимость в трудоемком процессе изготовления длинномерных свай с предварительно напряженной арматурой, более неудобных в транспортировке и погружении в проектное положение из-за возможности их повреждения;
- исключить необходимость использования свайных молотов с большой энергией удара за счет пропитки боковых стенок скважины грунтоукрепляющей композицией и последовательного погружения в предварительно пробуренную скважину небольших составляющих тело сваи элементов с постепенно увеличивающимися поперечными размерами;
- варьировать размеры и несущую способность сваи простым изменением количества составляющих элементов.
Заявляемые свая и способ ее изготовления по сравнению с прототипом обеспечивают уменьшение размеров и веса составных частей тела сваи, повышение степени уплотнения грунта при возведении сваи, улучшение сцепления поверхности сваи с окружающим грунтом.