СВАЯ-ОБОЛОЧКА С ЗАПОЛНИТЕЛЕМ
SHELL PILE WITH FILLER MATERIAL

Изобретение относится к строительству оснований и фундаментов с использованием свай-оболочек в районах распространения многолетнемерзлых грунтов.
В течение нескольких лет эксплуатации свая-оболочка полностью заполняется водой. Зимой вода замерзает, и лед, образующийся в процессе расширения, разрывает стенки сваи. Наличие воды также способствует выпучиванию свай.
Для предотвращения подобных разрушений полость сваи от основания до самого верха заполняют каким-либо непучинистым заполнителем: песком, грунтом, цементно-песчаными или другими затвердевающими смесями.
Наиболее близким к изобретению по своей сущности и достигаемому результату является широко применяемая в настоящее время конструкция сваи с заполнением полости песком или цементно-песчаным раствором. Эта конструкция описана в статье: Чеверев В.Г., Пустовойт Г.П. и др. "Стабилизация трубчатых свайных фундаментов на пучинистых грунтах" - Основания, фундаменты и механика грунтов. №6, 2006 г., с.25 (прототип).
Недостатки вышеуказанной конструкции:
- полость сваи заполняют полностью, что приводит к повышенному расходу материала и удорожанию работ.
Полость сваи-оболочки обычно надежно защищают от попадания атмосферных осадок устройством заглушки на верхнем торце сваи. Однако и это не спасает от появления воды внутри сваи. Анализ, проведенный автором, показал, что в процессе эксплуатации сваи-оболочки за счет разницы температур внешней среды (воздуха или грунта) и теплого воздуха внутри пустой оболочки образуется водный конденсат. Он конденсируется на внутренней поверхности стенок сваи. Вышеуказанные условия, необходимые для образования водного конденсата, имеются только в пространстве от уровня нижней границы слоя сезонного промерзания-оттаивания грунта до верхнего торца сваи-оболочки. В этом пространстве температура может принимать положительное значение. Через несколько лет объем этой сконденсировавшейся влаги увеличивается, и свая-оболочка постепенно полностью заполняется водой.
Ниже уровня нижней границы слоя сезонного промерзания-оттаивания грунта температура вечномерзлого грунта и воздуха в полости сваи постоянно сохраняют отрицательное значение, и водный конденсат не может образоваться по определению.
Целью изобретения является повышение надежности сваи, уменьшение расхода материала при изготовлении сваи и удешевление работ.
Цель достигается тем, что заполнение полости осуществляется частично, только выше уровня нижней границы слоя сезонного промерзания-оттаивания грунта, при этом верхняя поверхность заполнителя герметизируется от проникновения воды.
Цель изобретения достигается также следующими конструкциями:
в качестве заполнителя используют предварительно изготовленную пробку, которую устанавливают внутри полости вплотную к внутренним стенкам сваи-оболочки;
- пробку изготовляют из теплоизоляционного материала с замкнутыми порами;
- пробку изготовляют из теплоизоляционного материала, герметично упакованного в водоизоляционную пленку;
- пробку изготовляют из теплоизоляционного материала, покрытого герметичной прочной водоизоляционной обмазкой;
- верхнюю поверхность заполнителя располагают вплотную к заглушке;
- верхнюю поверхность заполнителя располагают на уровне проектной нижней границы паводковых вод, а в стенке сваи на этом уровне устроено отверстие;
- верхнюю поверхность заполнителя располагают на уровне проектной верхней границы паводковых вод, а в стенке сваи на этом уровне устроено отверстие;
- в полости сваи на уровне нижней границы слоя сезонного промерзания-оттаивания грунта устанавливают опорную перегородку;
- пробку прикрепляют к заглушке на верхнем торце сваи при помощи соединительных элементов.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается всей совокупностью изложенных признаков. Это позволяет сделать вывод о соответствии признаку "новизна".
Сравнение не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".
На фиг.1-a изображена -оболочка по прототипу; на фиг.1-b изображена свая-оболочка по п.1 Формулы изобретения (Ф.И.); на фиг.1-c изображена свая-оболочка по п.2 Ф.И.; на фиг.1-d изображена свая-оболочка по п.10 Ф.И.
На фиг.2-a изображена свая-оболочка по пп.7-8 Ф.И.
Описание конструкций
- Полость 6 сваи-оболочки 1 частично заполняют непучинистым заполнителем 3. В качестве заполнителя используют предварительно изготовленную инвентарную пробку (например, из пенопласта). Она занимает пространство от уровня нижней границы 7 слоя сезонного промерзания-оттаивания грунта 4 до заглушки 5, при этом верхняя поверхность заполнителя герметизируется от проникновения воды герметизатором 9 (фиг.1-b). Непучинистый заполнитель 3 значительно уменьшает объем воздуха в полости, который является исходным продуктом для образования конденсата. Образовавшийся небольшой объем воды не опасен, и не может разрушить сваю при расширении в процессе замерзания. В качестве герметизатора 9 может быть использован, в частности, тонкий слой цементного раствора.
- На уровне границы 7 в полости сваи устраивают опорную перегородку 8, которая может быть сплошной водонепроницаемой, если она отделяет непучинистый заполнитель 3 в виде засыпки рыхлого материала или затвердевающего раствора от нижней незаполненной части сваи 1 (фиг.2а). При непучинистом заполнителе 3 в виде инвентарной пробки опорная перегородка 8 может быть несплошной (фиг.1-c).
- В нижней части полости водный конденсат не образуется, т.к. там температура многолетнемерзлого грунта - отрицательная.
- Внутренняя полость 6 сваи-оболочки 1 вплотную к ее стенкам может быть частично заполнена непучинистым заполнителем 3 в виде инвентарной пробки, например цилиндром из пенопласта или бетона (фиг.1-c). Непучинистый заполнитель 3 в виде пробки опускают в полость сваи до уровня нижней границы 7 слоя сезонного оттаивания грунта 4, где устанавливают опорную перегородку 8. Пробка может быть изготовлена из других материалов, указанных в пп.3-5 Ф.И.
- Другим вариантом фиксации положения пробки 3 является его прикрепление к заглушке 5 при помощи соединительного элемента 14 (фиг.1-d).
- На (фиг.2-a) показана свая-оболочка 1, заполненная непучинистым заполнителем 3 с герметизатором 9, расположенным ниже нижнего проектного уровня паводковых вод 11. Верхний проектный уровень поверхностных вод обозначен цифрой 13. В стенке сваи 1 на этом уровне 11 устроено сквозное отверстие 12.
Паводковая вода в начале весеннего паводка заполняет полость сваи-оболочки выше уровня герметизатора 9 через отверстие 12. После прекращения паводка вода вытекает из этого отверстия и полость выше уровня 9 остается пустой (фиг.2-b). Конденсат, который может образоваться в пустой полости выше отверстия 12, вытечет через это отверстие. Такая конструкция позволяет уменьшить объем заполнителя по сравнению с вариантом, изображенным на следующих фигурах.
- На фиг.2-c показан другой вариант устройства сваи-оболочки 1, при котором сливное отверстие 12 устраивают выше проектного уровня поверхностных вод 13, например в озере. На фиг.2-d показана свая после понижения уровня поверхностных вод. Этот вариант удобен и при высокой химической агрессивности паводковых вод.