СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА ДЛЯ ВЕЧНОМЕРЗЛОГО ГРУНТА
METHOD TO MANUFACTURE PILE FOUNDATION FOR PERMAFROST SOIL

Изобретение относится к строительству, к способам изготовления свайных фундаментов сооружений, включающих расчет несущих нагрузок свай, погружаемых в вечномерзлый грунт.
Известна «Свая» (SU 1206387) [1], вмораживаемая в вечномерзлый грунт, включающая ствол, имеющий выступы по боковой поверхности.
Недостатком известной сваи является отсутствие точного расчета нагрузки, что приводит либо к избыточности материалов и прочих затрат при установке сваи либо (при недостаточности нагрузочной способности) к дефектам строительства в целом.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ изготовления свайного фундамента для вечномерзлого грунта, включающий бурение скважины, помещение сваи в скважину, заполнение пазухи между стенками скважины и сваей грунтовым или известково-песчаным раствором, выдержку до промерзания раствора, причем свая изготавливается в соответствии с предварительным расчетом, при этом производят расчет давления на мерзлый грунт под нижним концом сваи и расчет сопротивления мерзлого грунта или раствора сдвигу по боковой поверхности смерзания сваи в пределах i-го слоя грунта, включая расчет сопротивления зубцов, имеющих нижние и верхние грани «Расчет оснований и фундаментов при использовании вечномерзлых грунтов по принципу I» (СНиП 2.02.04-88, п.3.20 [2] формула (3) [4])
Недостатком известного способа [2] является неточность расчета сваи при наличии выступов на боковой поверхности. Неточность расчета приводит либо к завышенным расходам при строительстве, либо при переоценке несущей способности к дефектам строительства и, в крайнем случае, к разрушению постройки.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности расчета нагрузки сваи для вечномерзлого грунта, что приводит к оптимизации расходов при строительстве и повышению надежности постройки.
Технический результат достигается тем, что сваи изготавливают в соответствии с расчетом дополнительной нагрузки для выступов боковой поверхности, учитывая сопротивление грунта нижним граням зубцов, а окончательная формула расчета имеет вид:
,
i
i
1
i
τ,i
где R - расчетное давление на мерзлый грунт под нижним концом сваи, R' - давление нижних граней зубцов на грунт в пределах i-го слоя; τ - сопротивление грунта на сдвиг в пределах i-го слоя; A - площадь опирания на грунт нижнего конца сваи, ограниченная основаниями зубцов; A - площадь опирания нижних граней зубцов на грунт в пределах i-го слоя; A - площадь среза грунта концами зубцов; α - угол наклона грани зубца.
Пример расчета цилиндрической сваи
Внешний вид вмораживаемой в вечномерзлый грунт сваи показан на Фиг.1 (разрез), где
1 - граница поверхности земли,
2 - граница сезонного протаивания,
3 - вечномерзлый грунт,
4 - головка сваи,
5 - зубцы сваи,
6 - верхние грани зубцов,
7 - нижние грани зубцов,
8 - нижний торец сваи,
1
A - площадь опирания на грунт нижнего конца сваи, ограниченная основаниями зубцов, равная ,
i
A - площадь опирания нижней грани i-го зубца на грунт, равная .
2
1
af
Расчет несущей способности мерзлых грунтов основания свайного фундамента с зубцами на боковой поверхности проводится при принятом расстоянии между зубцами l=4 k, где k=(d-d)/2·tgα - проекция наклонной образующей на вертикальную ось сваи. Количество зубцов на свае, погруженных в вечномерзлый грунт на глубину h,
Площадь поверхности торца сваи ;
Суммарная площадь нижних граней зубцов на свае
Суммарная площадь сдвига сваи по боковой поверхности
τ
2
af
А=πdh.
1
2
af
Параметры сваи: d=40 см; d=45 см; h=4,5 м; α=45°.
e
z
z
e
af
e
Вечномерзлые грунты - однородные мелкозернистые пески с максимальной в годовом периоде средней по глубине заложения температурой вечномерзлого грунта T=-1,5°С и температурой вечномерзлого грунта на глубине заложения сваи на момент установления максимальной температуры грунта T=-2,0°С. По СНиП 2.02.04-88 «Основания фундаменты на вечномерзлых грунтах» расчетное давление на мерзлые пески при T=-2,0°С, R=1700 кПа, при T=-1,5°С - R=1500 кПа; R=160 кПа и сопротивление сдвигу по грунту при T=-1,5°С τ=210 кПа.
Формула расчета и величина несущей способности мерзлых грунтов основания свайного фундамента с зубцами на боковой поверхности при приведенных расчетных параметрах
Для сравнения расчет по формуле [2] расчета и величины несущей способности мерзлых грунтов основания свайного фундамента с гладкой боковой поверхностью дает результат:
Нагрузочная способность сваи с гладкой боковой поверхностью существенно ниже, чем сваи с зубчатой боковой поверхностью, что позволяет нагружать сваю с зубцами большей, рассчитанной по указанной формуле, нагрузкой и либо существенно экономить на количестве свай при строительстве, либо уменьшать материалоемкость каждой сваи без потери несущей способности сваи и уменьшения надежности постройки.
Промышленное применение
Изобретение может быть с успехом применено для расчета сваи, вмораживаемой в вечномерзлый грунт.